Warum ist die Sonne rot und der Himmel blau?

Gelbliche Sonne, blauer Himmel © goruma (T. Asthalter)

Wenn die Sonne hoch am Himmel steht, erscheint sie nahezu weiß, wenn sie tiefer steht verändert sich ihre Farbe ins Gelbliche und beim Sonnenauf- und Untergang ist sie rot. Aber auch bei stark verschmutzter Luft, wie z.B. bei (Wald)Bränden mit starker Rauchentwicklung, kann die Sonne sogar hoch am Himmel rot erscheinen. 

Die Erklärung ist wie folgt:
Die Sonne strahlt u.a. Licht mit  vielen verschieenen Wellenlängen bzw. Frequenzen ab. Das für den Menschen sichtbare Licht besitzt dabei eine Wellenlänge von rund 760 nm (1 nm = 10^-9 m = 1 Milliardstel Meter) bis etwa 350 nm.

Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre der Erde © goruma (H.Ganter)

Das menschliche Auge sieht - in Verbindung mit dem Gehirn - Licht mit einer Wellenlänge von 760 nm als rot und das mit einer Wellenlänge von 350 nm als violett. Licht mit größeren Wellenlängen ist Infrarotlicht (IR) und das mit niedrigen Wellenlängen Ultraviolett (UV). Beide sind für den Menschen nicht mehr sichtbar. Das Licht der Sonne erscheint dem Menschen als Gemisch vieler verschiedener Wellenlängen als weiß.

Wie in der Abbildung gut ersichtlich, ist der Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre der Erde umso länger, je tiefer die Sonne steht. Das sichtbare Licht wird beim Passieren der Atmosphäre, neben anderen Effekten, an den Luftmolekülen (Sauerstoff und Stickstoff) gestreut. Dabei steigt das Maß der Streuung mit der vierten Potenz der Frequenz des Lichts an. Das heißt, dass blaues Licht rund sechszehmal stärker aus dem Sonnenlicht heraus gestreut wird als rotes Licht, das eine etwa halb so große Frequenz besitzt. Und violettes Licht wird noch stärker als blaues getreut. Dieses Streulicht lässt den Himmel dann blau erscheinen. An sich müsste nach dem Gesagten der Himmel allerdings violett erscheinen und nicht blau. Der Grund dafür ist, dass sich im Sonnenlicht  mehr blaues als violettes Licht befindet und dass außerdem die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für blaues Licht größer als für violettes ist. Die Menge des gestreuten Lichts ist jedoch - außer beim Sonnenauf- und untergang - noch so gering, dass zwar der Himmel blau erscheint, aber die Sonne noch weiß bzw. leicht gelblich.

Es muss noch hinzugefügt werden, dass das menschliche "Auge plus Gehirn" ursprünglich weißes Licht im dem aber eine Farbe fehlt, das übrige Licht in der "Komplementärfarbe sieht und nicht mehr als weiß. Fehlt dem Licht z.B. der blaue Anteil, so erscheint das übrige Licht dem Menschen in der Komplementärfarbe gelb. Steht die Sonne sehr tief (Sonnenauf- bzw. Untergang), wird bereits auch ein Teil des Grüns herausgestreut und der Mensch sieht dann den Farbeindruck der Komplementärfarbe, also rot.
 

Sonnenuntergang © goruma (T.Asthalter)

Sonnenuntergang © goruma (T.Asthalter)

Sonnenuntergang © goruma (T.Asthalter)