Warum ist der Himmel blau?

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Moin!

Warum ist der Himmel blau? Oder anders gefragt: Stimmt die Erklärung
in <http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/blau> eigentlich? Irgendwie
erscheinen mir die freien Weglängen dort doch arg lang, um überhaupt
eine anständige Streuung hinkriegen zu können.

Ich hatte mal kürzlich frech behauptet, die Streuzentren seien die
statistischen Dichteschwankungen der Atmosphäre und dabei die
Vorstellung im Hinterkopf, daß deren charakteristische Abmessungen
deutlich näher an der Wellenlänge lägen und dadurch wesentlich
streuwirksamer wären als die reichlich winzigen Atome bzw. Moleküle,
bloß finde ich dafür keine Belege.

Aber mir ist, daß ich mal gelesen hätte, aus der Streuintensität des
(blauen bzw. eigentlich violetten) Himmelslichts ließe sich die
Avogadrokonstante, die in die Schwankungsgröße eingeht, abschätzen.

Also, wie isses mit dem blauen Himmel über uns? Flüssige Luft dürfte
grob die tausendfache Dichte von gasförmiger haben - wie stark müßte
sie also Licht wellenlängenabhängig streuen? (Oder ist es mit der
Rayleigh-Streuung bei der hohen Packungsdichte wieder Essig und uns
spuckt die Interferenz in die Suppe?

Wo ich schon grade an der FAQ rummeckere: "Das freie
Computer-Algebra-System von der Uni Paderborn" war MuPAd mal in einem
früheren Jahrtausend, jetzt zocken sie sogar von Studenten schon fast
100 Euronzen dafür ab.


Gruß aus Bremen
Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
gesamt hältst Immission interessiert korreliert korrigiert Laie
nämlich offiziell parallel reell Satellit Standard Stegreif voraus

Ralf Kusmierz schrieb:

Glenn Smith meint, daß es einen Effekt bei der Reizung
der Sinneszellen gibt, der uns den Himmel als Mischung
von Blau und Weiß erscheinen läßt, in Wirklichkeit sei
das Spektrum komplizierter.

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Verwandtes:
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Blaue Bananen
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Grüße,
Joachim

"Joachim Pimiskern" <[Only registered users see links. ]> schrieb im Newsbeitrag
news:[Only registered users see links. ]...

Warum sieht das die Kamera dann auch genau so blau?
Haben Film oder Pixel auch eine "Reizung der Sinneszellen"?

Chris Marx c/o [Only registered users see links. ] schrieb:

Guter Einwand. Du hast recht.

Grüße,
Joachim

Joachim Pimiskern <[Only registered users see links. ]> writes:

Filme und Bildsensoren sind ja extra so konstruiert worden,
wie das Auge aufzunehmen: Daher haben sie oft /drei/
Sensortypen und diese sollen in ihrer spektralen
Empfindlichkeit den drei Sensortypen des Auges möglichst
ähneln.

Natürlich haben Stewe und Stein recht, wenn sie sagen, daß der
Sinneseindruck auch von der Rezeptorstruktur abhängt und
verschiedenes Licht durch nur drei Rezeptortypen nicht immer
unterschieden werden kann. Aber andererseits ist dies weder
Überraschend noch neu.

~~

Es folgen nun noch meine allgemeinen Notizen zum Farbsehen,
die der eine oder andere Leser vielleicht schon kennt, der dann
jetzt nicht mehr weiterlesen muß:

~~

Grundlagen des Farbsehens

Das Auge hat Lichtrezeptoren, deren Empfindlichkeit von der
Wellenlänge abhängt: Daher können verschiedene Farben gesehen
werden. Im allgemeinen gibt es jeweils einen Rezeptortyp
für »Rot«, »Grün« und »Blau«.

Man kann die Farbe als eine "Wahrnehmung" oder "Empfindung"
bezeichnen. Die Wellenlängen der Rezeptortypen des Auges
überlappen sich, und es gibt Unregelmäßigkeit: Der Rot-Sensor
spricht nochmal auf das tiefe Blau an, das deswegen als
Violett erscheint. Außerdem sind viele Menschen irgendwie
farbenblind, während andere noch einen vierten Typ von
Zäpfchen haben. Daher ist die Farbwahrnehmung verschiedener
Menschen im allgemeinen vermutlich unterschiedlich.

~~

Farbmedien

In technischen Medien, die für Menschen gedacht sind, muß
nicht das genaue Spektrum eines Lichts gespeichert werden,
sondern nur die Rot-, Grün- bzw. Blau-Intensität, um bei
einem Menschen mit durchschnittlichen Sensortypen denselben
Farbeindruck wie ein Original hervorzurufen. Für Menschen
mit einem abweichenden Sensortypsystem weichen Farben
auf einem RGB-Monitor mehr oder weniger von den direkt
gesehenen Farben ab.

~~

Vierpigment-Menschen

In

[Only registered users see links. ]

wird beschrieben, wie Menschen mit verschiedenen
Pigmentausstattungen Farben und ein Spektrum wahrnehmen:

»Four-pigment females perceived significantly more bands
of color than both three-pigment males and females.«

~~

Reinlichmonitor

Ein neuer Monitor soll alle Wellenlängen direkt ausgeben
können:

[Only registered users see links. ]

Allerdings wird dabei übersehen, daß Farben nicht nur aus
Licht einer einzigen Wellenlänge bestehen, sondern auch aus
beliebigen Mischungen von Wellenlängen verschiedener Frequenz.

Daher bräuchte man einen Monitor, bei dem jeder Punkt eine
ganze Energiedichte über dem Spektrum darstellen kann (oder
man muß das wieder mit "Dithering" annähern). Was aber dann
auch von der Software diese große Informationsmenge verlangt.

Da das Auge aber nur Sensoren für drei oder vier Frequenzen
hat (vereinfacht gesagt), ist ein RGB-Monitor doch schon eine
gute Annäherung, so daß sich größerer Aufwand nicht unbedingt
mehr lohnt. Abweichungen kommen eher dadurch zustande, daß bei
der Ermittlung der RGB-Werte ein Durchschnittsauge
zugrundegelegt wird, das vom Auge des Monitorbetrachters
abweichen kann.

Eine Verbesserung mit weniger Hardwareaufwand wäre möglich,
wenn man bei jedem Menschen die Empfindlichkeit und Art seiner
Sensoren ausmäße (manche Menschen haben zwei, andere vier
Farbsensortypen) und dann per Software die ausgegebenen
RGB-Werte so anpaßte, daß die Abweichung zur beabsichtigten
Farbe unter Einbeziehung dieser Meßwerte minimiert wird.
Solch eine Messung ist heute noch nicht so möglich.

~~

Farbe und Objektinterpretation

Die Wahrnehmung von Farbe ist beim Menschen mit der
Objekterkennung verwoben:

»The participant's task was to adjust the colour of the
onscreen banana until it blended exactly with the grey
background. It sounds easy, but the participants couldn't
do it because as they adjusted the colour, they
compensated not just for the banana's actual pink
pigmentation, but also for a yellowness that only existed
in their mind, thus leaving the banana with a slight
bluish hue.«

[Only registered users see links. ]

~~

Farbe und Sprache

Hier noch etwas zum Zusammenhang von Farbwahrnehmung und
Sprachzentrum:

[Only registered users see links. ]

~~

Test auf Farbfehlsichtigkeit

Endlich einmal hat jemand andere Tafeln gemacht
als die üblichen, die man sonst überall sieht.

[Only registered users see links. ]

Aber die sind wohl zu deutlich.

Hier sehen Rot-Grün-Blinde links angeblich eine »8«:

[Only registered users see links. ]

Aber das ist wohl so deutlich, daß dort jeder den
Farbunterschied sieht.

Eigentlich suchte ich ein Bild mit zwei Farben, die
für einen Rot-Grün-Blinden gleich aussehen und für
einen Nicht-Rot-Grün-Blinden ungleich. So etwas fand
ich aber nicht.

Hier sollte man bei einem vernünftigen Monitor jeweils den
Text im Quellennamen vor ».jpg« sehen sehen:

http://www.rudolf-fischl.de/182.jpg
http://www.rudolf-fischl.de/H5.jpg
http://www.rudolf-fischl.de/CH.jpg
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[Only registered users see links. ]
[Only registered users see links. ]

[Only registered users see links. ]

Falls jemand eine Form nicht sehen sollte, wird
sie hier verdeutlicht:

http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:47...%C3%B6sung.jpg

~~

Vergleich mit dem Geruchsystem

Es gibt nicht einfach nur wenige Basisgerüche (wie bei
Geschmäckern oder Farben) sondern wohl sehr viele
verschiedenartige Rezeptoren für verschiedene Substanzen.

Die sind auch noch bei jedem Menschen anders:

[Only registered users see links. ]

Sie verändernd sich im Laufe des Lebens durch Prägung
möglicherweise bei jedem auf unterschiedliche Weise:

[Only registered users see links. ]

Da wird es schwierig, Gerüche anders zu beschreiben als durch
Bezug auf ihre Quellen - was man auch bei Farben ("Elfenbein")
und Geschmäckern manchmal macht.

[Only registered users see links. ] (Stefan Ram) writes:

Hier habe ich jetzt noch folgenden Text eingefügt:

Ein Licht, das eine einzige bestimmte Frequenz hat, wird
hier »reines Licht« genannt. Licht ist im allgemeinen ein
Gemisch aus reinem Licht verschiedener Frequenzen. Da
es im Auge nur drei Rezeptoren gibt, können viele verschiedene
Mischlichte nicht unterschieden werden. Das Auge kann auch
nicht unterscheiden, ob es Gelb als reines Licht oder als
Mischlicht sieht.

Im allgemeinen kann man die Farbwahrnehmung des Auges auch
durch einen Farbtonwert, einen Farbsättigungswert und eine
Helligkeit beschreiben. Der Farbsättigungswert gibt dabei die
Beimischung an weißem Licht an.

Stefan Ram schrieb:

Interessant. Du hast auch Links rasch parat. Verwendest
Du dafür eine besondere Software?

Grüße,
Joachim

Joachim Pimiskern <[Only registered users see links. ]> writes:

Ja und Nein.

Ja:

Ich habe diverse Entwürfe und halbfertige selbstgeschriebene
Programme zur Verwaltung von Notizen und Verbindungen, wie
etwa Garnoo. Außerdem arbeite ich an einem neuen System, von
dem ich berichten werden, sobald es brauchbar ist.

Nein:

Wenn ich Verbindungen in Runden nenne, greife ich aber bisher
nur selten auf meine eigenen Programm zurück, sondern oft auf
Artikel, die ich in einem Ordner gespeichert habe, der nach
einem passenden Stichwort benannt wurde. Nach jahrelanger
Ablage von Web-Artikeln habe ich insgesamt 59063 Artikel in
9153 thematischen Ordnern abgelegt. Eine willkürliche Auswahl
der alphabetisch ersten und letzten Ordner liest sich so:

A¹
a little learning
Aal
Aberglaube
Abflußreiniger
...
Zweitsprache
Zwergmenschen
Zwiebeln
Zwillingsparadoxon

¹) Hier geht es wahrscheinlich um den Buchstaben »A«.

Zu diesem Thema schrieb ich vor einigen Jahren:

[Only registered users see links. ]

Außerdem habe ich mit folgendem angefangen: Wenn ich merke,
daß ich in einer Runde etwas schreibe, das ich so ähnlich
schon einmal schrieb, dann speichere ich diesen Artikel in
einem »FAQ-Ordner«, der bis jetzt 63 Artikel enthält. Wenn ich
dann das nächste Mal wieder etwas dazu schreiben will, kann
ich diesen FAQ-Artikel überarbeiten und wiederverwenden.
So geschah es hier beim Farbsehen.

Ralf Kusmierz wrote:


Anscheinend kann man das halten, wie man will. Vielleicht helfen die
folgenden Schnipsel aus einer Diskussion auf der HASTRO-L Mailingliste
ein wenig weiter:

================================================== ===========================

Subject: Re: [HASTRO-L] Blue sky and scattering (was:"golden thigh")
Date: Sat, 12 Apr 2003 20:09:22 +0100
From: Les Cowley <[Only registered users see links. ].UK>
Reply-To: History of Astronomy Discussion Group <[Only registered users see links. ].EDU>
To: [Only registered users see links. ]

Stephen Tonkin <[Only registered users see links. ]> wrote


Hecht "Optics 4th Edition" discusses this very point and concludes that
Einstein-Smoluchowski scattering is dominant in all but the upper atmosphere
where traditional Rayleigh scattering purely by air molecules is too weak to
contribute much to the sky colour at ground level.

Apologies if this is (partly) off topic but the reasons for the colour of the sky
are widely misunderstood and misleadingly taught.

Les Cowley

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Subject: Re: [HASTRO-L] [Fwd: Blue sky and scattering (was:"golden thigh")] (fwd)
Date: Mon, 14 Apr 2003 15:18:14 -0600
From: "Prof. E. F. Milone" <[Only registered users see links. ]>
Reply-To: History of Astronomy Discussion Group <[Only registered users see links. ].EDU>
To: [Only registered users see links. ]

I forwarded some of the initial comments about this to Andy Young, a leading
interpreter of astronomical phenomena involving atmospheric effects and here is
his response.
- gene milone


E. F. Milone, Professor and Director, Rothney Astrophysical Observatory
Department of Physics & Astronomy
The University of Calgary
2500 University Dr., NW
Calgary, AB T2N 1N4
Canada

Telephone: 403-220-5412
Fax: 403-289-3331
email: [Only registered users see links. ]
URL: [Only registered users see links. ]

---------- Forwarded message ----------
Date: Mon, 14 Apr 2003 13:37:19 -0700 (PDT)
From: Andrew Young <[Only registered users see links. ].edu>
To: [Only registered users see links. ]
Subject: Re: [Fwd: Blue sky and scattering (was:"golden thigh")]



Well, I suppose you're talking about "fluctuation scattering". But to
regard Rayleigh scattering at normal atmospheric densities to be due to
density fluctuations is basically equivalent to treating scattering by the
individual molecules whenever the density is low enough that the ideal-gas
law is applicable. The point is that if the density is so low that the
positions of the molecules are uncorrelated, the two descriptions are
equivalent.

I think this is a perverse point of view -- particularly as Rayleigh
himself concluded that most of the light from the blue sky could be
accounted for by scattering from individual molecules.


See my paper on the history and terminology of "Rayleigh" scattering in
Physics Today 35, 42 (1982). Some of the more extreme theoretical physics
types seem to delight in adopting an overly-complicated explanation for
everything, which I think is just dumb. That's part of the reason why
things like this are widely misunderstood: the obscurantists have had a
field day with elementary physics. And you can tell them I said so.

While it's true that the density fluctuations can be Fourier-analysed
into sound-wave-like components, and the resulting Brillouin scattering
can be observed, this is really a very small effect that is difficult to
detect (as a slight distortion of the Gaussian line profile due to
scattering by moving molecules). George Kattawar and I had some papers on
these effects in the atmosphere back in the very early 1980s.

-- Andy


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Subject: Re: [HASTRO-L] Blue sky
Date: Tue, 15 Apr 2003 01:52:16 +0400
From: "Michael L. Gorodetsky" <[Only registered users see links. ].MSU.RU>
Reply-To: History of Astronomy Discussion Group <[Only registered users see links. ].EDU>
Organization: MSU, Faculty of Physics
To: [Only registered users see links. ]

Dear all,
there is no physical difference between scattering on uncorrelated
thermodynamical fluctuations of density described by Einstein-Smoluchowsky
and Rayleigh scattering on particles much smaller than wavelength. The model
of Rayleigh of small scatterers in atmosphere published in 1871
is quite adequate. In both cases scatterers behave as oscillating dipoles
with intensity of scattered light inversely proportional to the forth power
of wavelength and squared cosine angular dependence. As the wavelength
dependence was discovered by Rayleigh and it is the reason of blue color of
light, the term Rayleigh scattering explaining blue sky seems quite correct.
In the same way scattering in fibers on frozen at glacification point
fluctuations of density is also called Rayleigh scattering though the
calculations also follow E-S.


--
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Thomas Schmidt e-mail: [Only registered users see links. ]

Am Sat, 2 Jun 2007 15:18:15 +0200 schrieb Chris Marx c/o [Only registered users see links. ]


Au weia
Lieber Chriss: Ab in den Sandkasten!
--
Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen