Irisierende Wolken: Wie die Beugung die Farben aufspaltet

Wolken mit farbigen Schimmern können auch ohne Regen auftreten. Ihre Irisierung entsteht durch die Beugung des Lichts an kleinen Tröpfchen oder Kristallen – ein anderer Mechanismus als bei Regenbogen und Halo.

Rosa, grüne oder blaue Farben können sich auf einer Wolke abzeichnen, ohne dass es regnet oder Farbe im Spiel ist. Dieses Phänomen, Irisierung genannt, hängt damit zusammen, wie winzige Wassertröpfchen oder Eiskristalle das Licht beugen. Um es zu erkennen, muss man es von zwei anderen vertrauten Himmelserscheinungen unterscheiden: dem Regenbogen und dem Halo.

Licht wird in der Nähe der Tröpfchen aufgespalten

Das Licht der Sonne erscheint weiß, setzt sich aber aus mehreren Farben zusammen. In einer Wolke kann das Licht gebeugt werden, wenn seine Strahlen auf kleine Wassertröpfchen oder Eiskristalle treffen: Es breitet sich aus und wird in der Nähe dieser Teilchen abgelenkt. Die verschiedenen Farben breiten sich nicht auf dieselbe Weise aus. Dadurch trennen sie sich in Farbtöne auf, die mitunter an den Rändern oder dünnen Stellen der Wolke sichtbar sind.

Die Größe der Teilchen spielt eine Rolle. Nach Angaben des neuseeländischen Wetterdienstes MetService und der US-amerikanischen NOAA tritt Irisierung leichter auf, wenn die Tröpfchen oder Kristalle ähnlich groß sind und ihre Größe nahe an der Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt. Die Wellenlänge ist eine Eigenschaft des Lichts, die je nach Farbe variiert. Sind die Teilchen ähnlich groß, können ihre Effekte wahrnehmbare Farben erzeugen; unterscheiden sich ihre Größen stärker, vermischen sich die Farben tendenziell.

Die Wolke muss außerdem einen Teil des Lichts durchlassen. Dünne oder sich bildende Wolken eignen sich daher besonders gut: Das Licht trifft auf eine Ansammlung von Teilchen, ohne dass die Dicke der Wolke den Effekt vollständig verdeckt. Die NOAA nennt insbesondere Altocumulus-, Cirrocumulus-, linsenförmige Wolken und Cirruswolken als Wolkentypen, bei denen Irisierungen auftreten können. Der Wolkentyp allein garantiert jedoch nicht, dass das Phänomen auftritt: Auch die Transparenz und die Verteilung der Teilchen spielen eine Rolle.

Irisierung, Regenbogen und Halo: drei unterschiedliche Mechanismen

Die Farben einer irisierenden Wolke können an einen Regenbogen erinnern, doch beide Phänomene entstehen auf unterschiedliche Weise. Bei einem Regenbogen wird das Licht gebrochen – beim Übergang von einem Medium in ein anderes abgelenkt –, im Inneren der Regentropfen reflektiert und beim Austritt erneut gebrochen. Die Geometrie dieser Tropfen und die Position der beobachtenden Person zur Sonne bestimmen den sichtbaren Bogen.

Die Irisierung hingegen hängt mit der Beugung des Lichts an kleinen Teilchen in der Wolke zusammen. Dabei entstehen oft nahe beieinanderliegende Farbfelder an den Rändern der Wolke, statt eines regelmäßigen Bogens. Regen ist dafür nicht erforderlich. Je nach Bedingungen und Verteilung der Teilchen können die Farbtöne pastellfarben oder kräftiger sein.

Ein Sonnenhalo ist wiederum ein anderes Phänomen. Er zeigt sich in der Regel als Ring oder Lichtbogen um die Sonne und hängt mit der Brechung des Lichts in Eiskristallen zusammen. Eine Irisierung kann sich in der Nähe der Sonne befinden, doch ihre Farben sind oft unregelmäßiger und an einen Teil einer Wolke gebunden. Ein einzelnes Foto reicht nicht immer aus, um das Phänomen mit Sicherheit zu bestimmen: Form, Position am Himmel und die Wolken in der Umgebung geben Hinweise.

Warum dauert das Schauspiel nicht lange?

Mehrere Bedingungen müssen gleichzeitig erfüllt sein: eine ausreichend dünne Wolke, Teilchen geeigneter Größe und eine günstige Geometrie zwischen Wolke, Sonnenlicht und beobachtender Person. Dann bewegt sich die Wolke und verändert sich. Ihre Transparenz und die Verteilung der Tröpfchen ändern sich; daher können die Farben rasch erscheinen oder verblassen.

Ein über dem Bambusgarten von Générargues im Département Gard gemeldetes Ereignis veranschaulicht, wie diese Bedingungen zusammenkommen. ICI Gard Lozère berichtete über Bilder, die eine Beobachterin auf Météo Gard geteilt hatte, und bezeichnete das Phänomen als Irisierung. Dieser lokale Bericht dokumentiert ein bestimmtes Ereignis; die physikalische Erklärung beruht dagegen auf den von den Wetterdiensten beschriebenen Beugungsmechanismen. Ein ähnliches Farbbild darf nicht automatisch der Irisierung zugeschrieben werden, ohne Form und Kontext des Phänomens zu berücksichtigen.

Der Vergleich mit einer Seifenblase kann helfen, sich farbige Schimmer vorzustellen, beschreibt aber nicht genau den Mechanismus irisierender Wolken. Bei einer Blase entstehen die Farben durch Interferenzen in einer dünnen Flüssigkeitsschicht: Ein Teil des Lichts wird an verschiedenen Grenzflächen dieser Schicht reflektiert, und die Wellen verstärken oder schwächen sich je nach ihrer Wellenlänge gegenseitig. Bei einer Wolke wird die Erklärung vor allem auf die Beugung an den Tröpfchen oder Kristallen zurückgeführt. Zwei Phänomene können für das Auge also ähnlich aussehen, ohne dieselbe optische Ursache zu haben.

Beobachten, ohne in die Sonne zu schauen

Da sich Irisierung in einer von der Sonne beleuchteten Wolke zeigt, kann sie sich in einem Bereich nahe der Sonne befinden. Das ist jedoch kein Grund, direkt in die Sonne zu schauen: Bei der Beobachtung mit bloßem Auge oder beim Fotografieren sollte man vermeiden, die Sonne direkt zu fixieren. Am besten richtet man die Aufmerksamkeit auf die farbigen Bereiche der Wolke und unterbricht die Beobachtung, wenn die Sonne in die Blickrichtung gerät.

Die Irisierung macht somit eine unscheinbare Eigenschaft des Lichts sichtbar: Winzige Teilchen, die einzeln kaum zu erkennen sind, können beeinflussen, wie sich seine Farben verteilen. Sie ist weder ein Regenbogen ohne Regen noch bloß ein dekorativer Schimmer. Es handelt sich um einen Beugungseffekt, der sichtbar wird, wenn die Struktur der Wolke und die Geometrie der Beleuchtung dafür geeignet sind.