Kranz

In der Nacht, bei leicht bewölktem Himmel, bildet sich meist um den Mond herum sich ein farbiger Kreis, genauer gesagt ein Kranz bzw. ein Hof (auch genannt Corona). Um einen Kranz zu bilden muss die Grösse der Tröpfchen zwischen 2-20 μm liegen.

ein Mondhof / Kranz, mit Mond, einer weissen Scheibe und Ringsystemen

(Quelle: bearbeitet aus Darrybuffin - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=98181765)

Dieser ist nicht nur beim Mond, sondern auch bei der Sonne zu beobachten, nur empfehle ich das niemandem, der nicht sein Augenlicht verlieren will (nie in die Sonne schauen!!). Aus diesem Grund beschränkte ich meine Ausführungen auf das Phänomen bei Mondschein.

Beim Mondhof ist es das direkte Licht des Mondes (das im Grunde genommen reflektiertes Sonnenlicht ist), welches an den Wolkentröpfchen «gebeugt» wird. Es findet also der Prozess der Beugung statt. Am runden Wolkentröpfchen bilden sich aus der ursprünglichen Lichtwelle neue Wellen. Diese überlagern sich wiederum und bilden dann das typische kegelförmige Ausbreitungsmuster aus mehreren Ringen verschiedener Grösse und Lichtintensität.

Bildung von einem Muster aus "Kegelmäntel" durch Beugung des Lichtes an einem Wolkentröpfchen

(Quelle: Wiebke Salzmann - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9594687)

Im Gegensatz zur Streuung ist bei der Beugung an Wolkentröpfchen die Ablenkung beim roten Licht am stärksten, bzw. beim blauen Licht am schwächsten. Pro Farbe bilden sich mehrere Kegel aus. Die Kegel der einzelnen Farbspektren überlagern sich dabei, womit sich dann das typische ringförmige Farbmuster ausbildet.

das Ablenkungsmuster ist je nach Farbe verschieden. Durch die Überlagerung bildet sich in der Mitte die weisse Aureole, gefolgt von den Ringystemen

(Quelle: Von Wiebke Salzmann - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8944029)

Die grössten Intensitäten findet man im engsten Kegel, dem Hauptmaximum. Die verschiedenen Farben überlagern sich so stark, dass dies zu einem weissem Kreis («Aureole») führt. Am Rand der Aureole nimmt die Intensität des blauen Lichts (mit der geringsten Ablenkung) zunehmend ab, so dass eine Farbverschiebung zu orange stattfindet. Da auch zunehmend die Intensitäten der gelben Anteile abnehmen, ist der Rand der Aureole schliesslich rot.

Um die Aureole herum folgen die Ringsysteme aus den Überlagerungen der Nebenmaxima mit stets der Abfolge blau > gelb > rot. Es handelt sich dabei zwar immer um Überlagerungen verschiedener Farben, doch es dominiert stets ein Farbanteil. Weiter aussen nimmt die Farbüberlagerung und die Farbintensität konstant ab, so dass sich der Kranz verflüchtigt.

Übrigens sehen wir als Beobachter/-in nicht das Beugungmuster eines einzelnen Wolkentröpfchens, denn davon fällt nur ein «Lichtstrahl» in unser Auge. Stattdessen sehen wir aus einer bestimmten Richtung immer nur den «Lichtstrahl» eines bestimmten Tröpfchens, der gerade zu unserem Auge führt. Das Muster welches wir dabei wahrnehmen, entspricht dabei aber genau dem Beugungsmuster des einzelnen Tröpfchens.

Wir sehen immer nur den Lichtstrahl, der gerade in unser Auge fällt. Der Kranz setzt sich somit aus den Ausschnitten von Beugungsmustern zahlreicher Wolkentröpfchen zusammen (Quelle: Wiebke Salzmann - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9519554)

Die Breite der Ringe ist abhängig von der Tröpfchengrösse. Je kleiner das Tröpfchen, desto grösser die Ringe. Bei uneinheitlicher Tröpfchengrösse überlagern sich die Ringe unterschiedlicher Grösse, so dass der Kranz undeutlicher («weisser») wird.

Ist die Tröpfchengrösse jedoch mehr oder weniger einheitlich, dann gibt es eine Beziehung zwischen Ringgrösse und Tröpfchendurchmesser:

Tröpfchendurchmesser [μm] = 77.6 / (Durchmesser rötlicher Rand Aureole / Durchmesser Mond)

Wenn der erste rötliche Ring, also der Rand der Aureole ca. 10x so gross wie der Mond ist, dann beträgt die Tröpfchengrösse 77.6 / 10 = 7.7 μm. Aus dem Kranz kann also die Tröpfchengrösse bestimmt werden, wie cool ist das denn :-)

Bei kleinen Tröpfchengrössen und ungleichmässiger Grössenverteilung bilden sich manchmal, ebenfalls durch Beugung, in einem Abstand von ca. 30° von der Sonne Irisierende Wolken. Eine ungleichmässige Grössenverteilung ist nur möglich wenn ein schnelles Anwachsen und Verdunsten von Wassertröpfchen stattfindet, was vor allem an den Wolkenrändern der Fall ist.

Irisierende Wolke

(Quelle: GQuiroga - Photographed by me.Previously published: Flickr: http://bit.ly/NqvaXM, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20517556)

Durch eine Kombination von Beugung und Rückstreuung an Wolkentröpfchen enstehen die Phänomene Glorie (über dem Nebel) und Brockengespenst (im Nebel). Diese befinden sich auf der Gegenseite der Lichtquelle, wodurch sich im Kranz auch der Schatten des Beobachters abzeichnet. Dies kann sehr gruselig wirken und hat im Harz, der Legende nach, bereits Johann Wolfgang von Goethe erschreckt.

Glorie und Brockengespenst. Dabei ist nebst der Beugung auch Rückstreuung an den Wolkentröpfchen beteiligt

(Quellen: Rainer Gutsche - Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=85754487und Brocken Inaglory, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15799557)

weitere Phänomene der Atmosphärischen Optik

Farben bei Tag und Nacht - Regenbogen - Halo-Effekte - Kranz - Deutung der Farben