Warum ist der Himmel blau – und bei Sonnenuntergang oft rot?

Mittags leuchtet der Himmel blau, am Abend färbt sich der Bereich über dem Horizont manchmal orange oder rot. Die Sonne hat dabei nicht ihre Lichtfarben ausgetauscht. Die Erdatmosphäre streut die Farben des Sonnenlichts unterschiedlich stark. Welche Farbe bei uns ankommt, hängt auch davon ab, welchen Weg das Licht durch die Luft zurücklegt.

Für die Erklärung hilft eine wichtige Unterscheidung: Das Licht aus dem blauen Himmel kommt auf einem anderen Weg zu deinen Augen als das Licht aus Richtung der tief stehenden Sonne. Beide Beobachtungen gehören zum selben Vorgang.

Sonnenlicht enthält viele Farben

Sonnenlicht erscheint uns meist weißlich. Es enthält aber eine Mischung verschiedener sichtbarer Farben. Ein Prisma kann diese Mischung in ein Farbspektrum zerlegen, vom kurzwelligen Violett und Blau bis zum langwelligen Rot.

Die Wellenlänge beschreibt den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen des Lichts. Für diesen Artikel genügt: Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge als rotes. Und diese Unterschiede beeinflussen, wie stark das Licht in der Atmosphäre gestreut wird (NASA Space Place).

„Streuen“ bedeutet hier, Licht in unterschiedliche Richtungen umzulenken. Die Luft ist also nicht einfach eine blaue Glasscheibe, durch die wir hindurchsehen.

Warum Luftmoleküle den Himmel blau erscheinen lassen

In der Atmosphäre trifft das Sonnenlicht auf Gasmoleküle, vor allem auf Stickstoff und Sauerstoff. Sie sind viel kleiner als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts. In diesem Fall werden die kürzeren Wellenlängen stärker gestreut als die längeren: Blaues Licht wird stärker umgelenkt als rotes. Der Vorgang heißt Rayleigh-Streuung (Met Office).

Wenn du an einem klaren Tag einen Himmelsbereich abseits der Sonne ansiehst, erreicht dich Licht, das unterwegs von Luftmolekülen in deine Richtung gestreut wurde. Weil darin der blaue Anteil besonders hervortritt, erscheint der Himmel blau.

Die Moleküle erzeugen dabei keine neue blaue Lichtquelle. Sie lenken einen Teil des vorhandenen Sonnenlichts um. Deshalb ist die Erklärung auch über Land gültig: Der Himmel ist nicht blau, weil er das Meer spiegelt.

Blauer Himmel und rote Abendsonne: zwei Lichtwege

Der scheinbare Widerspruch verschwindet, sobald du zwischen Streulicht und Licht aus Richtung der Sonne unterscheidest.

Es ist also nicht so, dass die Atmosphäre mittags „Blau macht“ und abends „Rot macht“. Wir sehen unterschiedliche Anteile derselben Lichtmischung nach unterschiedlichen Wegen.

Warum ein Sonnenuntergang oft orange oder rot ist

Steht die Sonne hoch am Himmel, erreicht ihr Licht den Boden auf einem vergleichsweise kurzen Weg durch die Atmosphäre. Steht sie tief, läuft der Weg schräg durch deutlich mehr Luft. Stell dir eine dünne Schicht um eine Kugel vor: Gerade hinein ist der Weg kurz, fast entlang ihres Randes viel länger.

Auf dem längeren Weg wird mehr blaues und violettes Licht aus der direkten Richtung herausgestreut. Das Licht, das aus Richtung der Sonne noch bei uns ankommt, enthält deshalb relativ mehr langwellige rote und orangefarbene Anteile. Derselbe grundlegende Zusammenhang gilt auch beim Sonnenaufgang (NASA, Met Office).

Die Erde braucht dafür keine abends plötzlich dickere Atmosphäre. Entscheidend ist der längere Weg durch die vorhandene Luftschicht. Auch ist nicht der gesamte Himmel bei jedem Sonnenuntergang rot: Richtung, Wolken und Teilchen in der Luft beeinflussen, welche Farben du wo siehst.

Warum der Horizont oft heller ist

Ein klarer Himmel wirkt über deinem Kopf häufig kräftiger blau als nahe am Horizont. Auch hier spielt der längere Lichtweg eine Rolle. Das Licht wird auf dem Weg häufiger gestreut und erneut gestreut; die Farbmischung wirkt dadurch heller und weniger kräftig blau.

Staub und andere feine Teilchen, sogenannte Aerosole, können die Lichtverteilung zusätzlich verändern. Deshalb sieht nicht jeder Abend gleich aus. Ein orangefarbener Horizont ist aber für sich genommen keine Messung der Luftqualität und keine verlässliche Wettervorhersage.

Drei kurze Antworten auf häufige Fragen

Warum ist der Himmel nicht violett?

Violettes Licht wird sogar noch stärker gestreut als blaues. Die Streuung allein bestimmt jedoch nicht unsere Farbwahrnehmung. Im Sonnenlicht steckt weniger Violett, und unsere Augen reagieren auf Blau empfindlicher. Zusammen erklärt das, warum wir den Tageshimmel gewöhnlich blau statt violett sehen (Met Office).

Wäre der Himmel ohne Meer trotzdem blau?

Ja. Für das Himmelsblau sind das Sonnenlicht und seine Streuung in der Atmosphäre entscheidend. Eine Wasserfläche unter dem Himmel ist dafür nicht nötig.

Ist Morgenrot etwas anderes als Abendrot?

Der grundlegende Lichtweg ist ähnlich: Die Sonne steht tief, ihr Licht durchquert viel Atmosphäre. Die konkreten Farben können unterschiedlich aussehen, weil die Luft und die Bewölkung nicht identisch sind.

Eine einfache Beobachtungsroutine

Du brauchst weder ein Messgerät noch einen besonderen Standort. Wähle einen Tag mit etwas freiem Himmel und vergleiche zwei Zeitpunkte:

1. Tagsüber: Betrachte den Himmel oberhalb des Horizonts und weiter oben, jeweils abseits der Sonne. Wo ist das Blau kräftiger, wo blasser?
2. Gegen Abend: Beobachte den Himmel in Richtung des Sonnenuntergangs, ohne direkt in die Sonne zu schauen. Welche Bereiche werden warm gefärbt, welche bleiben blau?
3. Trenne Beobachtung und Erklärung: Notiere zuerst Farben, Richtung und Bewölkung. Ordne erst danach den kurzen oder langen Lichtweg zu.
4. Vergleiche einen weiteren Tag: Unterschiedliche Farben zeigen, dass neben der grundlegenden Geometrie auch die Bedingungen in der Atmosphäre eine Rolle spielen.

Wenn du die sichtbaren Wolken anschließend genauer einordnen möchtest, hilft der Artikel Wie entstehen Wolken – und warum verschwinden sie wieder?. Er behandelt die Wassertröpfchen und Eiskristalle, während es hier um den Weg des Lichts geht.

Die Atmosphäre räumlich einordnen

Mit LiveGlobe 3D kannst du den Globus drehen und zoomen sowie in den Einstellungen den Atmosphäreneffekt zuschalten. Nutze die Ansicht, um dir die Luftschicht um eine kugelförmige Erde vorzustellen. Für den Web-Zugang ist eine Anmeldung vorgesehen.

Das kurze Kugel-und-Luftschicht-Modell liefert die Erklärung: Bei hohem Sonnenstand führt der Lichtweg vergleichsweise direkt durch die Luft; bei tiefem Sonnenstand verläuft er lange entlang der Erdrundung. Die Globusansicht hilft bei der räumlichen Vorstellung. Die tatsächlichen Farben beobachtest du am Himmel.

Erkunde die Globusansichten von LiveGlobe 3D und behalte beim nächsten Blick nach oben diese Frage im Kopf: Sehe ich vor allem seitlich gestreutes Licht – oder Licht nach einem langen Weg aus Richtung der Sonne?