Polarisation: himmlisch

 Transversalwellen können polarisiert werden, d.h. die Oszillatoren schwingen dann alle in einer Ebene (lineare Polarisation).

Das normale Licht ist nicht polarisiert, alle Schwingungsebenen kommen vor.

Langgestreckte Moleküle mit Iodatomen belegt wirken als Polarisationsfilter.

Ein Polarisationsfilter lässt nur Licht einer Schwingungseben durch. Nimmt man dann einen zweiten, dazu senkrecht stehenden Polarisaitonsfilter, so kommt kein Licht mehr durch.

Polarisdationseffekte spielen eine untergeordnete Rolle für das Abitur, im Hauptteil gibt es einen Überblick.

Hier reicht es aus, sich einmal das wunderschöne Video vom Eugene dazu anzusehen...

Im Haupteil werden wir lernen, dass reflektiertes Licht polarisiert ist, aber auch das gestreute Himmelslicht.

Dadurch kann man mit drehbaren Polarisationsfiltenr beim Fotografieren Kontraste verstärken.

wikipedia commons

wikipedia commens

Der Polarisationsgrad des gestreuten Himmelslichtes ist 90° von der Sonne entfernt am stärksten.

Das zeigen  die folgenden Fotografien, die ich mal hergestellt habe:

Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, d.h. es schwingt in bestimmten Blickrichtungen nur in einer Ebene.
Die Ursache ist die Rayleigh-Streuung des Sonnenlichtes an Molekülen der Luft wie O2 oder N2.
Diese Streuung ist besonders bei kurzen Wellenlängen sehr stark, das langwellige rote Licht wird wenig beeinflusst. Deshalb wird das blaue Sonnenlicht in alle Richtungen gestreut, der wolkenfreie Himmel wird blau.
90° zum einfallenden Sonnenlicht ist dabei das gestreute Licht polarisiert, d.h. es schwingt nur in einer Ebene.
Das habe ich mit einem Polarisationsfilter nachgewiesen: Die Sonne geht außerhalb des Bildes rechts  im Westen unter, die Kamera blickt nach Süden und über dem Südbereich erhebt sich ein dunkler breiter Streifen. Ich habe den Polfilter so eingestellt, dass er das polarisierte Licht des gestreuten Sonnenlichtes nicht durchlässt.
Am stärksten ist die Polarisation nicht nur rechtwinklig zur Seite sondern dann auch rechtwinklig nach oben, im Zenit. Das sieht man ebenfalls auf dem Bild. Das dunkle Band wird nach oben breiter und dunkler.
Das zweite Bild zeigt eine Vergleichsaufnahme ohne Polfilter.

Wären Wolken am Himmel, wäre der Polarisationseffekt nicht zu sehen, da Wassertropfen das Licht streuen und da tritt der Polarisationseffekt nicht auf.

Übrigens: Auch das an Glasscheiben reflektiert Licht ist polarisiert. Deshalb sind die Fensterscheiben im Gebäude unten im Polarisationsbild dunkel, während sie im normalen Bild das helle Licht reflektieren.

Das untere Bild ist mit einem Polarisationsfilter in der Schwingungsebene aufgenommen, das Licht kommt durch. Beim oberen Bild ist der Filter so gedreht, dass er das polarisierte Licht blockt. Dort ist der Himmel dunkel.
Die Sonne steht, wie man an den Schatten sehen kann, links oben außerhalb des Bildes.
Einen solchen Versuch kann man auch mit einer Polarisations-Sonnenbrille durchführen.

Die starke Streuung des blauen Sonnenlichtes erklärt auch die roten Sonnenunter oder -aufgänge. Auf dem Weg durch die Luft ist das gesamte blaue Licht seitwärts gestreut worden und nur noch das rote langwellige Licht kommt in unser Auge.

Im Mittel kommt rotes Licht über 60 km weit bevor es gestreut wird, blaues Licht dagegen wird schon nach wenigen Kilometern gestreut.
Sobald aber die Streuzentren nicht mehr deutlich kleiner als die Lichtwellenlängen sind, gilt das alles nicht mehr. Wassermoleküle und Staubteilchen streuen das Licht unabhängig von der Wellenlänge.
Wolken erscheinen uns daher weißlich-grau und es treten auch keine Polarisationseffekte auf.

In den Bildern ist auch der Mond markiert (Weitwinkel, sehr klein). Er steht links von der stärksten Abdunklung, ist also weniger als 90° von der Sonne entfernt. Und in der Tat: Wir haben einige Tage nach Halbmond (da wäre er 90° entfernt), wie die Teleaufnahme des Mondes am Tageshimmel zeigt.

Ein schönes zusammenfassendes Video gibt es hier: