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Polarisation des Himmelslichtes


HimmelPol1-3.jpg:
Diese Bilder zeigen Cirrostratus-Bewölkung, die optisch so dünn ist, dass sie zeitweise nicht zu sehen war, also "Nicht sichtbaren Cirren" oder "Subvisual cirrus" entsprach. Sie entstanden am Ort Morro Branco, etwa 100 km südöstlich von Fortaleza an der brasiliansichen Atlantikküste.

HimmelPol1.jpg wurde fotografiert ohne polarisierenden Filter und die Cirren sind nur schwach erkennbar.

HimmelPol2.jpg ist mit angebrachtem, zirkulärem Polarisationsfilter aufgenommen worden, wobei die Intensität des Himmelsblaus durch die Stellung von Polarisator uns Analysator maximal möglich gedämpft wurde.

HimmelPol3.jpg: Wie HimmelPol2.jpg, nur mit nicht maximaler Dämpfung des Hintergrund Himmelslichtes. Da die Stärke der Polarisation des Himmelslichtes richtungsabhängig ist, ist die Dämpfung durch den Filter nicht überall gleich, so dass in der linken unteren Ecke der Himmel etwas heller erscheint.

OhnePolfilter.jpg und MitPolfilter.jpg: Wenn man diese beiden Bilder durch genaueres Hinsehen vergleicht, lässt sich feststellen, dass die Farben des Heissluftballons bei verwendetem Polfilter deutlicher hervortreten und besser voneinander zu unterscheiden sind, als ohne Filter.

Die Belichtungszeiten sind bei ansonsten gleichen Kamera-Einstellungen auch verschieden. Ohne Polarisationsfilter beträgt die Zeit 1/125, mit 1/50 Sekunden. Dies illustriert den Verlust an Lichtintensität, der auf dem CCD Chip durch den vorgeschalteten Polfilter verursacht wird.

HimmelPol4-7.jpg: Diese Bilder demonstrieren noch einmal die besprochenen Effekte am Beispiel von dichteren Cirrocumuluswolken, die als Leewellenwolken stromabwärts der Pyrenäen entstanden.

Optischer Effekt

Die Streuung des Lichtes an den Molekülen der Luft wird durch die "Rayleigh-Gans Theorie" mathematisch-physikalisch beschrieben. Dabei wird die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung des Lichtes mit den Molekülen als oszillierenden Dipolen formuliert und nach Lösungen der Maxwell Gleichungen gesucht. Das von den Molekülen in Vorwärtsrichtung (also in Richtung des einfallenden Strahls) gestreute Licht bleibt dabei unpolarisiert, wenn das einfallende Sonnenlicht a priori unpolarisiert ist. Das Gleiche trifft für die Rückwärtsstreuung zu. Senkrecht zur Strahlrichtung (also bei 90 Streuung) tritt allerdings maximale Polarisation des Lichtes auf.

Der elektrische Feldvektor steht dabei senkrecht zu der Ebene, die von der Richtung des gestreuten und des einfallenden Strahls gebildet wird. Bilden die Position der fotografierten Wolke, der Sonne und des Fotografen einen rechten Winkel, kann das polarisierte Licht des Himmelsblaus stark geschwächt werden, wenn man einen linearen Analysator oder ein Paar aus zirkulärem Polarisator-Analysator Filtern vor das Objektiv anbringt und entsprechend einrotiert. Auf diese Weise wird das Himmelsblau dunkler und der Kontrast zwischen Wolke und Himmelshintergrund verstärkt. Besonders bei dünnen Cirren, bei denen das blaue Licht des Himmels dominiert, kann dieser Effekt genutzt werden.

 

 

 

HimmelPol1-3.jpg: S. Borrmann, Morro Branco bei Fortaleza, Ceara, Brasilien, 22. Februar 2004, etwa 15:22 Uhr

MitPolfilter.jpg und OhnePolfilter.jpg: S. Borrmann, Ingelheim, 16.Mai 2004, 18:04 Uhr

HimmelPol4-7.jpg: S. Borrmann, Estartit, Nordspanien, 14 Juni 2004, 06:25 Uhr

 

Kameraparameter

Olympus E-1 digitale Spiegelreflex-Kamera mit 14-54 mm Zoom-Objektiv. Belichtung und ASA Empfindlichkeitswahl durch Programmautomatik der Kamera. Die Bilder wurden im sRGB-Farbraum mit einer Originalauflösung von 2560 x 1920 Pixel x 24 Farben aufgenommen.