"Luftblasenbogen" 05.03.10

[Reinhard Nitze]

Hallo!

Bei einem Blick aus dem Fenster konnte ich heute mittag eine kleine Entdeckung machen. Auf der Eisdecke, welche sich durch erneuten Nachtfrost auf der Wasseroberfläche in Maries blauen "Muschelsandkasten" gebildet hatte, konnte ich ein Farbenspiel ausmachen. Die Ursache des Farbenspiels waren eindeutig die Luftblasen, welche im Eis eigefroren waren.
Wenn man so will, handelt es sich um einen inversen Regenbogen.

Einige Dinge bereiten mir allerdings noch Kopfzerbrechen, aber davon später.

Hier erstmal ein paar Bilder:















Werde mich später dazu nochmal äußern, bin zeitlicht und gesundheitlich noch leicht eingeschränkt.

LG Reinhard!

[Elmar Schmidt]

Interessante Effekte, vor allem wegen der fast spektral gesättigten Farben. Über "Regenbögen" an Blasen finde ich allerdings nichts, die müßte man vielleicht mal simulieren. Die Erscheinung ist vielleicht mit dieser hier verwandt (Interferenz und Doppelbrechung), wenn beim Antauen Risse im Eis entstanden sind, vgl.

http://atmospherical.blogspot.com/2010/ ... f-ice.html

[Karl Kaiser]

Lieber Reinhard!

Wunderbare Aufnahmen! Es ist immer wieder überraschend, was man beim genauen Beobachten finden kann!

Ich denke schon, dass diese Erscheinung mit der Entstehung eines Regenbogens vergleichbar ist. Natürlich haben wir hier umgekehrte Strahlengänge: Das Licht trifft vom opt. dichteren ins dünnere Medium Luft ein und wird somit vom Lot weg gebrochen. Bemerkenswert ist, dass das Licht bereits auf dem Weg zur Luftblase beim Übergang von Luft ins Eis zum 1. Mal gebrochen wird und ebenso beim Austritt aus dem Eis. Wir haben es also mit 4facher Lichtbrechung zu tun!

Elmar, eine Simulation wäre eine feine Sache!

Am 20. Februar 2008 konnte ich diese "Luftblasenbögen", aber nur örtlich sehr begrenzt, in einer kleinen Pfütze auf einem Stein fotografieren. Bemerkenswert war, dass die Farben aber längst nicht in allen Blasen zu sehen waren.

Weitere Aufnahmen auf: http://home.eduhi.at/member/nature/met/ ... stbild.htm unter 20. Februar 2008


Herzliche Grüße aus Schägl von

Karl

[Reinhard Nitze]

Hallo!

@ Karl Kaiser:

Ebenfalls sehr schöne Bilder.

@ Elmar

Die Farbenspiele im Eisbruch sind mir ebenfalls bekannt:

http://atmospherical.blogspot.com/2007/ ... n-ice.html

Sie haben hiermit allerdings nicht viel gemein.

Wie bereits erwähnt, gibt es ein paar Dinge, die mir ein gewisses Kopfzerbrechen machen. Man konnte die Erscheinung in einem Bereich um den Sonnengegenpunkt machen, aber auch auf der Sonnenseite konnte man die Erscheinung beobachten. Ebenfalls machte es den Eindruck, als ob die Eiskristallstruktur und damit die Anordnung der Luftblasen eine Rolle spielte
(Siehe Bild 2 in meinem ersten Post).

Ebenfalls auffällig:

Das Farbenspiel kann (muß aber nicht!) die gesamte sichtbare Fläche einer Blase erfassen, weshalb sich diese farbige "Erbsenstruktur" ergibt. Bei einem Tautrofen ist das nicht der Fall. Dort gibt es immer nur einen kleinen (farbigen) Fleck, es ist aber nie der ganze Tropfen betroffen.

"Erbsenstruktur":

Bild 1, ausschnittsvergrößert, original:


Bild 2, ausschnittsvergrößert, helligkeits-/kontrastverstärkt:


Gibt es eigentlich solche Simulationen?
Werde mir noch ein paar Gedanken machen.

Viele Grüße, Reinhard

[Elmar Schmidt]

Hallo Reinhard und Karl,

habe mir nur ein paar Briefumschlags-Strahlengänge überlegt, und ja, es könnte Rückwärtsreflexe von an Blasen gebrochenem Licht geben, auch wenn dort die Totalreflexion fehlt. Mir sind aber keine ähnlichen Beobachtungen bekannt. Gerade unter Wasser, in Tauchluftbläschen müßte es so was evtl. auch geben. Was Simulationen angeht, sollte vielleicht Alexander Haußmann mal gefragt werden. Ich selber werde mal John Adam anschreiben, der in seinem Buch "Mathematics in Nature" u.a. viel am Regenbogen gerechnet hat.

Beste Grüße

Elmar

[Reinhard Nitze]

Hallo!

Ich habe eben an einer weiteren Eisscholle versucht, das Farbenspiel nochmals auszulösen. Eigenartigerweise funktionierte das jedoch nicht. Da der überflutete Sandkasten sich bereits im Schatten befand, habe ich eine kleine Eisscholle aud dem Wasser gehoben, bin in die Sonne gegangen und habe durch Drehen und Wenden versucht, ein Farbenspiel auszulösen. Egal, was ich unternahm, es gab nichtmal den Ansatz irgendwelcher farbigen Brechungseffekte in den zahlreich vorhandenen Luftblasen. Sehr merkwürdig... Vielleicht darf man das Eis nicht aus dem Wasser heben?

Soviel erstmal dazu.

Reinhard!

[wolfgang hamburg]

Moin moin,

sind da eventuell dünne Schichten im Spiel? Dann könnte es auch auch etwas mit Interferenzen zu tun haben.

2 cents only
wolfgang

[Alexander Haußmann]

Hallo allerseits,

habe einige Tage nicht ins Forum geschaut und finde hier nun eine schon so umfangreiche Diskussion vor... ohne jetzt lange tiefergehend über Reinhards Beobachtungsgeometrie nachgedacht zu haben: Mit den Luftblasenbögen ist das nicht so ganz einfach. Man kann ja den Ablenkungswinkel der Lichtstrahlen durch eine Kugel mit beliebigem Brechungsindex n (also auch <1, wie Luftblasen in Eis) ausrechnen. Bei n<1 kommt aber meinem derzeitigen Kenntnisstand nach kein "Häufungseffekt", also kein lokales Extremum des Ablenkwinkels bezüglich des Einfalls-Stoßparameters (d. i. der Abstand des einfallenden Strahls von der Kugelmitte) zustande - auch John Adams Formel aus Physics Reports 356 (2002) 229–365 verlangt unter diesen Bedingungen die Wurzel einer negativen Zahl.

Ich habe übrigens schon selbst nach dem "Luftblasen"bogen gesucht - als Kohlendioxidbogen im Mineralwasserglas (bzw. Bierglas...). Es kam nichts Brauchbares dabei heraus. Aber ich schließe mich Karl an: Die Brechung von der Luft ins Eis und wieder hinaus kann noch manches verändern. Es gibt auch Experimente mit künstlichen Halos in Kristallen (z. B. Natriumnitrat), die in Wasser schweben, wo das ebenfalls in Betracht gezogen werden muß. Wenn das Eis dann noch in Wasser liegt, gibt es noch zwei Grenzflächen mehr, obwohl der Brechungsindexunterschied Wasser-Eis (1,33 <-> 1,31) nicht sehr hoch ist.

Sehr interessant ist, was Reinhard zum "Erbseneffekt" schreibt. Hier wäre ein unscharfes (auf unendlich fokussiertes) Bild ganz hilfreich. Beim Taubogen wird dann der "einzelne Lichtpunkt" zum ganzen Interferenzspektrum (siehe z.B. http://www.dewbow.co.uk/index/dropimages.html). Wenn sowas hier auch auftaucht, hätten wir es analog zum Taubogen mit geknickten und gekrümmten Wellenfronten zu tun - wenn nicht, dann ist die Ursache des Farbeffekts meiner Meinung nach anderswo (Dünnschichtinterferenz...) zu suchen.

Viele Grüße, Alex