Wie entsteht ein Regenbogen – und warum erscheint manchmal ein zweiter?

Der Schauer zieht weiter, die Sonne kommt heraus, und gegenüber leuchtet ein farbiger Bogen. Ein Regenbogen entsteht, wenn Sonnenlicht in Wassertropfen gebrochen, im Inneren reflektiert und beim Austritt erneut gebrochen wird. Die Farben werden dabei unterschiedlich stark abgelenkt. Ob du den Bogen siehst, hängt deshalb nicht nur vom Regen ab, sondern auch von deinem Standort und der Richtung zur Sonne.

Die wichtigste Beobachtungsregel ist einfach: Sonne im Rücken, beleuchtete Regentropfen vor dir. Das erklärt zugleich, warum ein Regenbogen kein Gegenstand ist, dessen Ende man erreichen kann.

Was passiert mit dem Licht im Tropfen?

Sonnenlicht enthält ein kontinuierliches Spektrum sichtbarer Farben. Beim Übergang von Luft zu Wasser ändert Licht seine Ausbreitungsgeschwindigkeit; bei schrägem Eintritt ändert sich auch seine Richtung. Das nennt man Brechung. Weil die Brechung von der Wellenlänge abhängt, wird das Licht in Farben aufgefächert: die Dispersion.

Für den gewöhnlichen Hauptregenbogen folgt ein Teil des Lichts diesem Weg:

1. Es tritt in einen Tropfen ein und wird gebrochen.
2. Es wird einmal an der inneren Rückseite des Tropfens reflektiert.
3. Es tritt wieder aus und wird dabei nochmals gebrochen.

Viele Tropfen schicken auf diese Weise Licht zu deinen Augen. Nicht jeder Tropfen vor dir liefert dabei dieselbe Farbe in deine Blickrichtung. Entscheidend sind die passenden Winkel zwischen Sonnenlicht, Tropfen und Auge (Met Office).

Welche Farbe liegt außen?

Beim Hauptbogen liegt Rot außen und Violett innen. Dazwischen gehen Orange, Gelb, Grün und Blau fließend ineinander über. Die bekannte Einteilung in sieben Farben ist eine Merkhilfe, keine Aufteilung in sieben scharf getrennte Streifen.

Der rote äußere Rand liegt ungefähr 42 Grad vom Gegenpunkt der Sonne entfernt, der violette innere Rand etwa 40 Grad. Der Sonnengegenpunkt liegt aus deiner Sicht genau in der entgegengesetzten Richtung zur Sonne. Gemeint ist also ein Winkelradius um diesen Punkt – weder die Entfernung zum Regen noch eine feste Höhe über dem Horizont (DWD).

Warum ist der Regenbogen rund?

Alle Blickrichtungen mit demselben Winkelabstand zum Sonnengegenpunkt bilden einen Kreis. Sind dort passende beleuchtete Tropfen vorhanden, können sie Teile dieses Farbkreises sichtbar machen. Vom Boden aus sehen wir meist nur den Abschnitt oberhalb des Horizonts; Gelände und fehlende Tropfen verdecken oder unterbrechen den Rest.

Je höher die Sonne steht, desto tiefer liegt ihr Gegenpunkt und desto niedriger erscheint der Bogen. Für den obersten roten Rand gilt bei freiem, waagerechtem Horizont näherungsweise:

Bogenhöhe ≈ 42° minus Sonnenhöhe.

Steht die Sonne 10° hoch, liegt die Bogenspitze ungefähr 32° über dem Horizont. Bei 35° Sonnenhöhe bleiben ungefähr 7°. Das ist eine geometrische Orientierung, keine Sichtbarkeitsvorhersage. Aus einem Flugzeug oder von einem erhöhten Standort kann unter passenden Bedingungen sogar ein vollständiger Kreis sichtbar werden.

Weil der Kreis zu deinem Blickpunkt gehört, ist ein scheinbar auf einem Feld liegendes „Ende“ kein fester Zielort. Wenn du dich bewegst, verändert sich die Geometrie mit dir.

Wie entsteht ein doppelter Regenbogen?

Manchmal erscheint außerhalb des hellen Hauptbogens ein zweiter, schwächerer Bogen. Für diesen Nebenbogen wird das Licht zweimal im Tropfen reflektiert. Sein größerer Winkelradius und die umgekehrte Farbfolge sind die sichtbaren Folgen: Rot liegt beim Nebenbogen innen, Violett außen. Er ist kein Spiegelbild in einer zweiten Wolke (Met Office).

Zwischen beiden Bögen wirkt der Himmel häufig dunkler. Dort erreicht uns weniger Regenbogenlicht aus diesen beiden Strahlengängen. Dieser Bereich heißt Alexandersches dunkles Band; er ist nicht völlig lichtlos. Innerhalb des Hauptbogens erscheint der Himmel dagegen oft etwas heller.

So beobachtest du die Geometrie

Bei einem sonnenbeschienenen Schauer kannst du drei Dinge vergleichen:

1. Schaue mit der Sonne im Rücken zur Regenwand. Es muss nicht an deinem eigenen Standort regnen.
2. Verfolge am Hauptbogen die rote Außenseite und suche darüber nach einem schwächeren Nebenbogen mit umgekehrten Farben.
3. Notiere Uhrzeit, Blickrichtung und Höhe der Bogenspitze. Vergleiche bei einer späteren Beobachtung, wie eine tiefere Sonne einen höheren Bogen ermöglicht.

Ein einzelnes Foto zeigt nur die Verhältnisse aus einer bestimmten Perspektive. Sonne und Regen allein reichen nicht, wenn die Tropfen für dich nicht in der passenden Blickrichtung liegen.

Den Beobachtungsort räumlich einordnen

Mit LiveGlobe 3D kannst du den Globus drehen und zoomen und über die Lupe ab zwei Zeichen nach einem Ort suchen. Die Ortsuche benötigt Netz und externe Dienste. Nutze den Globus, um deinen Beobachtungsort und die umgebende Landschaft einzuordnen; Sonnenrichtung und Regenwand beobachtest du vor Ort.

Wenn du die anderen Farben des Himmels verstehen möchtest, lies auch warum der Himmel blau und der Sonnenuntergang oft rot ist. Beim nächsten Regenbogen lohnt sich dann ein genauerer Blick: Wo liegt Rot – und gehört es zum Hauptbogen oder zum Nebenbogen?