In dem Moment, in dem der Regen vorbeizieht und die Sonne wieder herauskommt, taucht er plötzlich am Himmel auf. Der Regenbogen wirkt wie ein kleines Naturwunder, das kaum jemand ignorieren kann. Er fasziniert und ist daher häufig Motiv bekannter Kunstwerke oder an Kinderzimmer­wänden. Legenden vermuten an seinem Ende einen Topf voll Gold, Religionen sagen ihm tiefere Bedeutungen nach und Bewegungen wie die LGBTQ-Community nutzen ihn als Symbol für Diversität. Sein Ursprung ist jedoch weniger magisch oder symbolisch – als vielmehr physikalisch.

Dass sich das Licht durch ein Zusammenspiel von Regen und Sonnenstrahlen erklären lässt, nahmen bereits einige wenige Menschen im späten Mittelalter an. So erklärten sich schon der islamische Gelehrte Kamal-al‑Din al‑Farist sowie der Mönch Dietrich von Freiberg den Regenbogen durch die Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen, schreibt Martin Brinkmann, Physiker am Max-Planck-Institut. Isaak Newton und René Descartes kamen dem bunten Licht dann allerdings noch näher auf die Spur. Ihre Erklärung ist heute noch gültig.

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Die Lichtwellen

Das Licht der Sonne erscheint für uns zwar normalerweise weiß, besteht aber aus einem breiten Spektrum an Wellenlängen, heißt es bei „Welt der Physik“, einem Onlinemagazin der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Jede Wellenlänge erscheint in einer anderen Farbe, von Rot über Gelb bis Violett. So hat rotes Licht die längsten und violettes Licht die kürzesten Wellen, heißt es in einem weiteren Artikel.

Trifft ein Lichtstrahl nun auf einen Regentropfen, wird das Licht darin gebrochen – es macht also einen Knick. Dabei wird das Licht in seine Bestandteile zerlegt. „Die Farben des Regenbogens entstehen durch die unterschiedlich starke Brechung von farbigem Licht“, schreibt Physiker Brinkmann. Rote Strahlen werden demnach weniger stark abgelenkt als violette und sind daher außen. Ein Teil des Lichts tritt bereits an der gegenüberliegenden Seite wieder heraus. Die gebogene Innenseite des Tropfens reflektiert den anderen Teil und bricht das Licht erneut. Dabei kehrt sich die Reihenfolge der Farben um. Dieser Strahl kommt dann wieder aus dem Tropfen heraus: Das Licht zeigt sich als Spektrum – als Regenbogen.

Übrigens: Wird das Licht im Tropfen dabei noch ein weiteres Mal reflektiert, kann so auch ein zweiter Regenbogen am Himmel entstehen. Weil das Licht bei jeder Reflexion jedoch schwacher wird, zeigt sich der zweite Bogen meist jedoch nur leicht.

Licht trifft auf einen Wassertropfen und bricht in seine verschiedenen Einzelteile: Die Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett werden sichtbar.

© Quelle: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

Die passenden Winkel

Gibt es nun sehr viele Regentropfen, wie bei einer Regenfront, wiederholt sich dieser Vorgang vielfach. Durch die Form der Tropfen, reflektieren sie das Licht meist in einem gleichen Winkel von etwa 42 Grad, heißt es im Fachmagazin. Damit der Betrachter oder die Betrachterin das gebrochene reflektierte Licht wahrnehmen kann, muss dieser ebenfalls in einem 42 Grad Winkel zwischen dem Regentropfen und dem sogenannten Sonnen­gegenpunkt stehen. Der Sonnen­gegenpunkt ist ein gedachter Punkt innerhalb der Erdkugel, der exakt gegenüber der Sonne liegt. Die Person muss sich also zwischen der Sonne und dem Regen befinden.

Alle Tropfen, die diese genauen Bedingungen dann erfüllen, liegen auf einem Kreis. Dass wir davon jedoch nur die Hälfte als Bogen sehen können, liege daran, dass die andere Hälfte meist von der Landschaft abgeschnitten wird, erklärt Physiker Michael Vollmer dem Fachmagazin. Aus der Höhe, zum Beispiel aus einem Flugzeug, lasse sich der Regenbogen also durchaus als Regenkreis betrachten.