Gespaltener Regenbogen am 15.05.2011

[Alexander Haußmann]

Hallo allerseits,

letzten Sonntag (15.05.2011) konnte ich von 18.16 bis 18.19 MESZ einen Gespaltenen Regenbogen in Hörlitz / Niederlausitz (51,53° N, 13,95° O) beobachten. Zunächst fiel mir bei einem eher zufälligen Blick aus dem Fenster auf, dass es regnete und gleichzeitig die Sonne schien. Wie zu erwarten, zeigten sich ab etwa 18.15 beide Regenbögen, wobei mir auffiel, dass der Hauptbogen in Scheitelnähe etwas breit und diffus aussah. In der nächsten Minute prägte sich dann die Aufspaltung aus. Um 18.17 machte ich zwei Fotos bei f = 29 mm, dann war Filmwechsel angesagt (mal wieder im richtigen Moment...). Aber immerhin kann ich die Bilder nun recht zeitnah zeigen:



Unscharfmaske & kontrastverstärkt:




Unscharfmaske & kontrastverstärkt:


Gegen 18.19 verschwanden dann der aufgespaltene Haupt- und der normale Nebenbogen. Während der gesamten Beobachtung schien bei mir die Sonne und es regnete (nahe Tropfen waren also beteiligt und sehr nahe zeigten sich als „Aufglitzern“). Die Regenintensität war allerdings nicht sehr hoch, schätzungsweise 0,3 mm Niederschlag in 10 Minuten. Ich hab auch mal nach dem tertiären Bogen geschaut, aber nichts anderes als das zu erwartende Tropfenglitzern auf der „Sonnenseite“ gesehen.

Übrigens war das meine vierte Sichtung eines Gespaltenen Regenbogens in 14 Jahren. Hier eine kleine Zusammenstellung:

08.08.1997, 17.35 MESZ, Hörlitz, Sonnenhöhe 27,2°
29.03.2007, 17.57 MESZ, Regensburg, Sonnenhöhe 15,5°
11.07.2008, 17.49 MESZ, Dresden, Sonnenhöhe 29,6°
15.05.2011, 18.17 MESZ, Hörlitz, Sonnenhöhe 21,4°

Es hat also den Anschein, als ob die Gespaltenen Bögen gern bei größeren Sonnenhöhen auftreten. Ich würde vermuten, dass die Schauer mit „anomaler“ Tropfenverteilung (kugelförmig und elliptisch bzw. zweimal verschieden stark elliptisch) zum späteren Abend hin seltener werden. Rein optisch gibt es keinen Grund, warum bei tiefem Sonnenstand keine Gespaltenen Regenbögen auftreten sollten, wenn wir die Abplattungstheorie als gültig erachten. Übrigens gab es letzten Sonntag nochmal von 19.30-50 MESZ einen schönen, hellen doppelten Regenbogen – ohne Aufspaltung.

Übrigens habe ich bisher alle Gespaltenen Regenbögen in eher schwachen Schauern und nur für maximal einige Minuten beobachtet. Sofern ich mich erinnere, war stets auch gleichzeitig Sonnenschein am Beobachtungsort gegeben. Ich habe aber auch nur sehr selten stärkere Schauer bei Sonne erlebt. Die Fotos zeigen sämtlich einen „gegliederten“ Himmel, also keine uniforme Wolkenwand. Allerdings habe ich das Phänomen auch noch nie so intensiv gesehen wie auf den Bildern anderer Beobachter im AKM-Bildarchiv.

Viele Grüße,
Alex

[Elmar Schmidt]

Hallo Alexander,

zunächst einmal Gratulation zu dieser seltenen Sichtung!

Rein optisch gibt es keinen Grund, warum bei tiefem Sonnenstand keine Gespaltenen Regenbögen auftreten sollten, wenn wir die Abplattungstheorie als gültig erachten.

Ich weiß, daß die benötigte Abplattung minimal ist, dennoch ändert sich aber die Stellung der Nebenachse der Tropfenellipsoide (oder -sphäroide) relativ zur Strahlrichtung mit der Sonnenhöhe. Könnte das nicht zur Erscheinung beitragen, indem sich dadurch die optischen Verhältnisse im Vertikalschnitt der Tropfen ändern?

Gruß Elmar

[Alexander Haußmann]

Hallo Elmar,

sicher, die Abweichung von der Regenbogenposition für kugelförmige Tropfen ist sonnenstandsabhängig (und natürlich vom Azimutwinkel um den Regenbogen herum). Aber es gibt eben für alle Sonnenhöhen einen Effekt. Das wird durch die Möbius-Formel mit den Erweiterungen von Günther Können für beliebige Azimutwinkel ausgedrückt (evtl. kann ich dazu mal eine Grafik machen).

Was ich vergessen habe zu erwähnen: Soweit man es auf den Bildern ersehen kann, war der Nebenbogen nicht gespalten, entsprechend den Vorhersagen der Abplattungstheorie. Auch scheint der untere der Hauptbögen etwas schmaler zu sein als der obere, was dazu passt, dass er durch größere (und damit stärker abgeplattete) Tropfen entsteht.

Ich ärgere mich, dass ich nicht daran gedacht habe, Bilder mit der Mittelformatkamera zu machen. Bei den schwachen Kontrasten ist das Kleibild schon ziemlich grieselig. Aber ich war durch die Sache an sich ziemlich aufgeregt... sonst nehme ich mir immer mehr Zeit zum Fotografieren.

Gruß, Alex

[Michael Ellestad]

Hey Alexander,

Nice twin rainbow you got there. I've got a few them over the years meself but have yet to get a very nice example of one of those. One thing I noticed is that when ever there is a twinned bow the secondary is always sharp and crisp.


Regards,

Michael

[Christian Fenn]

hallo Alexander, herzlichen Glückwunsch zur Sichtung. Ich bin mir nicht sicher, aber ich glaube, dass ich heute auch einen drauf hab. Aber nicht so sauber erkennbar, wie bei Dir.

[Alexander Haußmann]

Hallo allerseits,

hier auch noch die versprochene Grafik der Möbius/Können-Gleichung für die Verschiebung des Hauptbogens infolge der Abplattung:



Blau: Verschiebung zum Sonnengegenpunkt (nach innen)
Rot: Verschiebung vom Sonnengegenpunkt weg (nach außen)
Weiß: keine Verschiebung

Dargestellt ist die relative Verschiebung (farbcodiert) in Abhängigkeit von der Sonnenhöhe und vom Azimut entlang des Regenbogens (engl. clock angle: "Uhrwinkel"). Der obere Scheitel entspricht einem Azimut von 0° ("12 Uhr"), der untere von ±180° ("6 Uhr"). Für einen Regenbogen bei untergehender Sonne entsprechen ±90° den Füßen des Regenbogens ("9 Uhr" bzw. "3 Uhr"). Den Azimut der "Füße" in Abhängigkeit von der Sonnenhöhe zeigen die gestrichelten Linien, bis bei etwa 42° Sonnenhöhe der Regenbogen komplett unter dem Horizont verschwindet. Unter Normalbedingungen beobachtbar ist also nur der innere Bereich der "Parabel". Berechnet wurde das Ganze für eine Wellenlänge von 650 nm, d.h. für rotes Licht.

Da die Möbius-Formel eine lineare Näherung bezüglich der Abplattung elliptischer Tropfen ist, kann man die Verschiebung relativ zur Abplattung angeben. Beispielsweise entspricht der Extremwert der Einwärtsverschiebung beim Azimut 0° (oberer Bogenscheitel) und der Sonnenhöhe 21° (halbe Extremalablenkung) gerade 2,6° je 1% Abplattung, was im Bild als reines Blau wiedergegeben wird. Dabei entspricht 1% Abplattung einem Verhältnis der Ellipsoidachsen von ca. 0,98 (vertikal) zu 1 (horizontal).

Durch die Linearität läßt sich auch auf einfache Weise die Aufspaltung zweier Hauptbögen untereinander bestimmen, wenn beide beteiligten Tropfensorten elliptisch sind. Wenn man beispielsweise Tropfen mit 0,5% und 2% Abplattung vorliegen hat, entspricht dies einer Differenz von 1,5%, die mit der relativen Verschiebung zu multiplizieren ist, um die absolute Verschiebung zu erhalten. Natürlich ist dann auch der äußere Hauptbogen nicht mehr exakt kreisförmig.

Allerdings ist 2% Abplattung auch in etwa die Gültigkeitsgrenze der linearen Nähreung, für stärker verfomte Tropfen wird es komplizierter. Praktisch relevant ist dieser Bereich für die Gespaltenen Regenbögen aber nicht mehr. Bei früheren Simulationen habe ich 0,25% und 0,86% Abplattung benutzt und kam zu ganz brauchbaren Ergebnissen.

Viele Grüße,
Alex

@Christian: Wenn Du Bilder von Deiner Sichtung hast, können wir ja Unscharfmaske, Hochbandfilter usw. darauf loslassen. Würde mich auch mal interessieren, wie sich Digitalbilder bzgl. Rauschen bei eher kontrastarmen Motiven verhalten.