Fig. 304.
Der Regenbogen (Erklärung zuerst von Descartes 1637). Einen Regenbogen können wir sehen, wenn wir die Sonne hinter uns, herabfallende Regentropfen (eine Regenwand) vor uns haben, und die Sonne auf diese Regentropfen scheint. Diejenigen Lichtstrahlen, welche uns den Regenbogen bilden, machen dabei folgenden Weg ([Fig. 304]). Sonnenstrahlen dringen etwas seitwärts in den (kugelförmigen) Regentropfen, werden also gebrochen und etwas zerstreut; sie treffen nun die hintere Wand des Tropfens und werden dort reflektiert; sie treffen dann die andere seitwärts liegende Stelle, werden dort nochmals gebrochen und wieder zerstreut, so daß sie doppelt so stark zerstreut sind. Befindet sich unser Auge in dem Raume, welchen diese zerstreuten Strahlen einnehmen, so treffen in unser Auge etwa bloß die grünen Strahlen dieses Spektrums; wir sehen diesen Regentropfen grün; von Tropfen, die sich weiter auswärts befinden, sehen wir nur die gelben bis roten, von Tropfen, die sich weiter nach einwärts befinden, bloß die blauen, violetten Strahlen; deshalb sehen wir ein Farbenband mit all den Spektralfarben, die man deshalb auch Regenbogenfarben nennt. Da für alle Regentropfen, die in bezug auf uns und die Sonne dieselbe Lage haben, dasselbe stattfindet, solche Regentropfen aber in einem Kreisbogen liegen, so sehen wir den Regenbogen kreisförmig; sein Mittelpunkt liegt in der Linie, die durch die Sonne und unser Auge geht. Da die Sonne nicht bloß ein leuchtender Punkt, sondern ein verhältnismäßig großer Fleck ist, so sind die Spektralfarben im Regenbogen nicht rein, sondern vielfach ineinander geschoben, was zur Helligkeit des Regenbogens wesentlich beiträgt.
Häufig sieht man außer dem inneren noch einen weniger hellen, äußeren Regenbogen, dessen Farben in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind (rot innen); er entsteht auf ähnliche Weise, nur werden die Lichtstrahlen im Innern der Tropfen zweimal reflektiert, wodurch sie an Helligkeit verlieren.
Auch Tautropfen sieht man, wenn sie von der Sonne beschienen werden, oft in Farben funkeln; bewegt man das Auge etwas nach rechts und links, so kann man leicht denselben Tropfen nacheinander in allen prismatischen Farben funkeln sehen. Auch in der Wolke von Wasserstaub (runden kleinen Wassertropfen), die sich bei einem Wasserfalle oder einer starken Fontäne bildet, kann man leicht einen Regenbogen beobachten.
Die hier gegebene Erklärung des Regenbogens ist nicht vollständig; aber das noch fehlende kann ohne größere mathematische Hilfsmittel nicht gegeben werden.
229. Zerstreuung des Lichtes bei Linsen.
Die Brennweite einer Linse ist wesentlich vom Brechungskoeffizienten abhängig; sie wird kleiner, wenn er größer wird; daraus folgt, daß bei einer Linse die gelben Lichtstrahlen sich in einem der Linse näheren Punkte vereinigen als die roten u. s. w., die violetten in einem Punkte, welcher der Linse am nächsten liegt. Dies bewirkt, daß wir auch durch die Linse alles mit farbigen Rändern sehen (starke Lupe); dies stört viel bei Linsen mit großer Brennweite; z. B. bei einer Linse ist die Brennweite der roten Strahlen 9,501 m, die der violetten 9,148 m; im Brennpunkt der violetten Strahlen haben sich erst die violetten Strahlen vereinigt, die anderen aber noch nicht; diese gehen großenteils an diesem Punkte vorbei und bilden auf dem Schirm einen Zerstreuungskreis von farbigen Ringen, deren äußerster rot ist, und dessen Durchmesser 6 mm beträgt, wenn der Linsendurchmesser 20 cm ist. Ein Stern erscheint also nicht als scharfer Punkt, sondern als Mittelpunkt eines verhältnismäßig sehr großen Kreises von farbigen Ringen. Ein solches Fernrohr wäre vollständig unbrauchbar. Auch das Auge ist mit diesem Fehler behaftet und hat Farbenzerstreuung; ein Auge, welches für rote Strahlen auf unendliche Entfernung eingestellt ist, hat im Violett nur eine Sehweite von ca. 60 cm; jedoch ist im weißen Lichte diese Farbenzerstreuung nicht merklich und nicht störend.
230. Achromatische Prismen und Linsen.
Fig. 305.