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Über dieses Buch

Sonnenuntergänge, Regenbögen, Polarlichter, Halos, Glorien und Luftspiegelungen - diese und viele weitere Phänomene der atmosphärischen Optik werden in Michael Vollmers reich illustriertem und klar verständlichem Buch zum natürlichen Labor für physikalische Entdeckungen. Hobbyastronomen und Naturbeobachter, Studierende der Naturwissenschaften und Lehrer erhalten mit diesem Buch eine umfassende Informationsquelle zu - häufig nur oberflächlich oder falsch verstandenen - optischen Naturphänomenen. Ergänzt werden die Erklärungen durch eine Vielzahl einfacher Experimente zum Nachmachen. In der nun vorliegenden zweiten Auflage wurden nur Fehler korrigiert, um dieses Standardwerk schnell wieder verfügbar zu machen.

Phänomene der atmosphärischen Optik können nahezu täglich fast überall beobachtet werden – allerdings werden sie häufig übersehen. Dabei führt der Himmel anschaulich vor, was mit dem Licht passiert, wenn es auf Wassertropfen, Rauch oder Wolken trifft. All diese verschiedenen Erscheinungen sind zurückführbar auf die Wechselwirkung von Licht mit der in der Atmosphäre vorhandenen Materie. Mit Hilfe dieses Buches wird man verstehen, wie dort, wo eigentlich nichts ist als mehr oder weniger reine Luft, plötzlich bunte Bilder am Himmel entstehen können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Über die Beobachtung von Naturphänomenen und den Grund für dieses Buch

Warum ein Buch über Phänomene atmosphärischer Optik? Ein Überleben in unserer technisierten Welt ist langfristig nur möglich, wenn mit Natur und Umwelt liebevoll umgegangen wird. Hierbei hilft die Faszination einer direkten Wahrnehmung der Natur. Eine herausragende Rolle spielt dabei die Vielzahl möglicher optischer Naturphänomene, die neben oder gerade wegen ihrer Schönheit auch zum Nachdenken anregen, zum Grübeln über die zugrunde liegende Physik.
Michael Vollmer

Kapitel 2. Grundlegende Konzepte

Warum sind die Wolken weiß und der Regenbogen farbig? Warum gibt es Regenbögen oder Nebensonnen nur an bestimmten Stellen des Himmels? So selbstverständlich diese Fragen erscheinen, so verwirrend können einige der wissenschaftlich korrekten Antworten sein. Die Begründung dieser Aussagen führt häufig weit über das in der Schule vermittelte Allgemeinwissen hinaus, aber erfreulicherweise lassen sich viele Phänomene in den Grundzügen schon durch einfache Modelle verstehen. Vor der Behandlung der Einzelphänomene sollen deshalb zu Beginn einige allgemeine Hintergrundinformationen gegeben werden.
Michael Vollmer

Kapitel 3. Übersicht über Phänomene atmosphärischer Optik

Ganz allgemein lassen sich alle optischen Erscheinungen in der Atmosphäre auf die grundlegenden physikalischen Wechselwirkungen des Lichts mit der Materie der Atmosphäre zurückführen. Im Folgenden wird zunächst die Zusammensetzung der Atmosphäre beschrieben, bevor eine Klassifikation der physikalischen Prozesse des Lichts mit diesen Bestandteilen diskutiert wird.
Michael Vollmer

Kapitel 4. Luftspiegelungen: Oasen, Seeungeheuer und weitere Spielereien der Fata Morgana

Eine Luftspiegelung ist das vielleicht alltäglichste Beispiel einer Naturerscheinung in der Atmosphäre, obgleich sie im Allgemeinen selten bewusst wahrgenommen wird. Dieses optische Phänomen bietet nicht nur faszinierende Anblicke, sondern gibt viele Anregungen für interessante Physik und ist überdies auch Gegenstand aktueller Forschungen.
Michael Vollmer

Kapitel 5. Regenbögen

Regenbögen haben schon seit Urzeiten die Menschen begleitet. Auf vielfältige Weise erfuhr diese faszinierende atmosphärische Erscheinung Interpretationen in Religion und Aberglauben, Musik, Literatur und Malerei. Parallel hierzu begann die Suche nach wissenschaftlichen Erklärungen, die im Laufe der Jahrhunderte verworfen, ersetzt und verbessert wurden. Nach einführenden Bemerkungen zur Kulturgeschichte des Regenbogens werden im Folgenden Beobachtungen zusammengestellt, die durch einfache Theorien der geometrischen Optik und weiterführende Erklärungen der Wellenoptik verständlich werden. Im Anschluss an einen kurzen Überblick über die Wissenschaftsgeschichte des Regenbogens werden auch Experimente vorgestellt, mit denen die Erklärungen einfach überprüfbar sind.
Michael Vollmer

Kapitel 6. Haloerscheinungen am Himmel: Natürliche Ursache oder göttliche Warnung?

Haloerscheinungen werden durch Eiskristalle in der Atmosphäre hervorgerufen. Die Kristalle werden im Hinblick auf ihre optischen Eigenschaften beschrieben und daraus folgende Naturerscheinungen an einfachen Beispielen erklärt. Nach einem qualitativen Überblick über kompliziertere, mit Eiskristallen der Atmosphäre verbundenen Haloerscheinungen sowie deren Computersimulationen werden einige einfache Demonstrationsexperimente, mit denen die Erscheinungen statt am Himmel auch im Labor oder Wohnzimmer demonstriert werden können erläutert.
Michael Vollmer

Kapitel 7. Koronen, irisierende Wolken und Bishop’scher Ring

Koronen sind farbige Ringsysteme in Abständen bis etwa 15° um eine Lichtquelle wenn diese durch dünne Wolkenschleier beobachtet wird. Wenn pastellfarbige Wolkenteile in größeren Winkelabständen von bis etwa 30° beobachtet werden spricht man von irisierenden Wolken. Beobachtet man Sonne oder Mond nicht durch Wolken aus Wassertropfen oder Eiskristallen sondern aus Asche oder Staub, beispielsweise nach Vulkanausbrüchen oder Waldbränden, so nennt man die resultierende Korona Bishop’schen Ring.
Michael Vollmer

Kapitel 8. Glorienerscheinungen: Das Brockengespenst

Stellen Sie sich vor, Sie stehen sehr früh am Morgen auf, einige Stunden vor Sonnenaufgang, und Sie wandern mit einigen Freunden in der Dämmerung auf einen Berg in der Umgebung. Falls Sie gerade bei Sonnenaufgang die Bergspitze erklommen, die Sonne und einen wolkenfreien Himmel im Rücken und auch noch das Glück haben, vor sich eine Wolke oder Nebelbank zu sehen, dann werden Sie mit einer Erscheinung belohnt, die früher nur wenigen zuteil wurde. Sie werden um den Schatten Ihres Kopfes herum, den Sie auf der Wolke sehen, einen hellen Lichtschein - eine Glorie - erblicken, bestehend aus einer Sequenz farbiger Ringe. Um die Köpfe Ihrer Freunde sehen Sie diesen Lichterkranz nicht, wohl sehen jene aber um ihre eigenen Köpfe dasselbe Schauspiel.
Michael Vollmer

Kapitel 9. Blauer Himmel

Warum ist der Himmel blau, wieso ist das Himmelslicht polarisiert und wieso sieht der Horizont weiß aus? Diese Fragen lassen sich beantworten, indem man die Lichtstreuung an den kleinsten Bestandteilen der Atmosphäre untersucht. Im folgenden wird die auftretende Rayleigh-Streuung mit ihren charakteristischen Eigenschaften diskutiert.
Michael Vollmer

Kapitel 10. Farbenpracht am Himmel: Von Pastellfarben und glutrotem Himmel

Warum sind Wolken weiß, und warum verfärben sich Himmel und Sonne bei Auf- oder Untergang? Warum verursachen Vulkanausbrüche solch prächtige Farbspektakel am Himmel? Was bestimmt die Sichtweite, und warum kann man durch Regenschauer weiter hindurchsehen als durch die sie erzeugenden Wolken? Die Beantwortung dieser Fragen führt zu einer allgemeineren Diskussion der Lichtstreuung an den Bestandteilen der Atmosphäre. Neben der Rayleighstreuung muss insbesondere die Mie-Streuung mit ihren charakteristischen Eigenschaften behandelt werden.
Michael Vollmer

Kapitel 11. Bauernregeln, grüne Sonne und weitere Phänomene

Es gibt noch eine Vielzahl weiterer optischer Phänomene in der Atmosphäre. Dazu zählen z. B. das grüne Leuchten, Farbphänomene bei Sonnen-und Mondfinsternissen, Polarlichter, Blitze und Meteore. Letztlich wird auch noch die Frage diskutiert wieso es nachts überhaupt dunkel ist und ob man auch tagsüber Sterne sehen kann.
Michael Vollmer

Backmatter

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