Wie entsteht ein Regenbogen: Das Geheimnis der sieben Farben

• Regenbögen sind optische Illusionen, keine physischen Objekte an einem festen Ort.
• Das Sonnenlicht muss sich hinter dem Beobachter befinden, der Regen davor.
• Jede Farbe wird in einem spezifischen Winkel von etwa 40° bis 42° reflektiert.
• Bei einem doppelten Regenbogen ist die Farbreihenfolge im Nebenregenbogen umgekehrt.

Welche physikalischen Prozesse erzeugen einen Regenbogen?

Ein Regenbogen ist das Ergebnis eines komplexen, aber gut verstandenen Zusammenspiels von Licht und Wasser. Drei grundlegende Bedingungen müssen erfüllt sein: Es bedarf einer Lichtquelle (üblicherweise die Sonne), unzähliger kleiner Wassertropfen in der Atmosphäre (wie bei Regen oder Nebel) und eines Beobachters, der sich an der richtigen Position befindet. Entscheidend ist, dass die Sonne im Rücken des Beobachters steht und die Regentropfen sich vor ihm befinden.

Der eigentliche Prozess findet in jedem einzelnen Regentropfen statt. Wenn ein Sonnenstrahl auf einen kugelförmigen Wassertropfen trifft, geschieht zunächst eine Lichtbrechung, auch Refraktion genannt. Das Licht tritt vom optisch dünneren Medium Luft in das dichtere Medium Wasser ein und ändert dabei seine Richtung. Gleichzeitig wird das weiße Sonnenlicht in seine Spektralfarben aufgefächert, ein Effekt, der als Dispersion bekannt ist. Dies geschieht, weil die verschiedenen Farben des Lichts (Wellenlängen) im Wasser unterschiedlich stark gebrochen werden.

Nach dem Eintritt in den Tropfen wandert das aufgespaltene Licht zu dessen Rückseite. Dort wird ein Teil des Lichts reflektiert, ähnlich wie bei einem Spiegel. Dieser Vorgang wird als interne Totalreflexion bezeichnet, obwohl sie nicht vollständig total ist; ein Teil des Lichts verlässt den Tropfen an der Rückseite. Der reflektierte, nun farblich getrennte Lichtstrahl bewegt sich zurück zur Vorderseite des Tropfens.

Beim Austritt aus dem Wassertropfen zurück in die Luft erfährt das Licht eine zweite Brechung. Dieser Schritt verstärkt die bereits erfolgte Auffächerung der Farben noch weiter. Jeder Tropfen lenkt somit das Sonnenlicht in einem ganz bestimmten Winkel ab, wobei der Winkel für jede Farbe leicht unterschiedlich ist. Für den Beobachter sichtbar wird aber nur das Licht, das ihn unter einem ganz bestimmten Winkel erreicht.

Ein Regenbogen entsteht also nicht durch einen einzelnen Tropfen, sondern durch das kollektive Wirken von Millionen von Tropfen, die sich in der richtigen Position befinden. Jeder dieser Tropfen schickt Licht einer bestimmten Farbe zum Auge des Betrachters. Die Summe all dieser Lichtstrahlen ergibt das sichtbare, farbige Band am Himmel, das oft im Zusammenhang mit Wetterereignissen wie einem sommerlichen Gewitter auftritt.

Warum hat ein Regenbogen genau diese Farben und Reihenfolge?

Die Farbenpracht eines Regenbogens ist direkt im Sonnenlicht enthalten. Das, was als weißes Licht wahrgenommen wird, ist in Wirklichkeit eine Mischung aus Licht verschiedener Wellenlängen, die das menschliche Auge als unterschiedliche Farben interpretiert. Dieser Zusammenhang wurde von Isaac Newton im 17. Jahrhundert durch seine berühmten Experimente mit Prismen nachgewiesen. Ein Regentropfen wirkt im Prinzip wie ein winziges Prisma.

Der entscheidende Prozess ist die Dispersion. Der Brechungsindex von Wasser – ein Maß dafür, wie stark Licht beim Übergang in dieses Medium abgelenkt wird – ist nicht für alle Farben gleich. Er ist von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Kurzwelliges Licht (wie Violett und Blau) wird stärker gebrochen als langwelliges Licht (wie Rot). Beim Eintritt in den Wassertropfen wird das violette Licht daher stärker abgelenkt als das rote Licht.

Nach der internen Reflexion und dem erneuten Austritt verlässt das Licht den Tropfen in einem bestimmten Winkelbereich. Rotes Licht wird in einem Winkel von etwa 42 Grad zur Richtung des einfallenden Sonnenlichts zurückgeworfen, violettes Licht hingegen in einem Winkel von etwa 40 Grad. Die anderen Farben des Spektrums liegen dazwischen. Ein Beobachter sieht daher rotes Licht von denjenigen Regentropfen, die einen Bogen von 42 Grad um den sogenannten Gegenpunkt der Sonne bilden. Violettes Licht wird von Tropfen auf einem inneren Bogen von 40 Grad gesehen.

Aus diesem Grund hat der Hauptregenbogen immer dieselbe Farbreihenfolge: außen Rot, gefolgt von Orange, Gelb, Grün, Blau und schließlich innen Violett. Obwohl oft von sieben Farben gesprochen wird (eine kulturelle Konvention, die auf Newton zurückgeht), ist der Regenbogen in Wahrheit ein kontinuierliches Spektrum mit unzähligen fließenden Übergängen. Die scheinbare Trennung in Bänder ist eine Folge der Wahrnehmung.

Weshalb ist ein Regenbogen immer ein Bogen?

Die charakteristische Bogenform eines Regenbogens ist eine direkte Konsequenz der Winkelgeometrie bei der Lichtreflexion. Wie beschrieben, wird das Licht jeder Farbe aus den Regentropfen in einem ganz bestimmten Winkel zum einfallenden Sonnenlicht zurückgeworfen – für Rot sind dies circa 42 Grad, für Violett circa 40 Grad. Das menschliche Auge nimmt also nur das Licht von denjenigen Tropfen wahr, die sich auf einem Kreis befinden, der diesen exakten Winkel einhält.

Der Mittelpunkt des Regenbogenkreises ist der Punkt am Himmel, der der Sonne exakt gegenüberliegt – der Antisolarpunkt. Dieser Punkt ist der Mittelpunkt des Regenbogenkreises. Alle Wassertropfen, die aus Sicht des Beobachters einen Winkelabstand von 42 Grad zu diesem Antisolarpunkt haben, senden rotes Licht zum Auge. Die Menge aller Punkte mit einem festen Winkelabstand zu einem Mittelpunkt ergibt einen Kreis.

Ein Regenbogen ist also physikalisch gesehen der sichtbare Teil eines Kegels. Die Spitze des Kegels befindet sich im Auge des Beobachters, die Achse des Kegels verläuft vom Auge durch den Kopf des Beobachters hindurch zum Antisolarpunkt. Der Regenbogen ist der Schnittpunkt dieses Lichtkegels mit der Regenwand. Somit wird ein Kreis am Himmel sichtbar.

Dass meist nur ein Halbkreis oder Bogen zu sehen ist, liegt am Horizont. Der untere Teil des Kreises wird von der Erde verdeckt, da sich die Regentropfen nicht unterhalb des Horizonts befinden können. Der Antisolarpunkt liegt immer auf der gleichen Höhe über dem Horizont wie die Sonne, nur eben auf der Gegenseite. Steht die Sonne tief, ist der Regenbogen hoch und groß. Steigt die Sonne höher als 42 Grad über den Horizont, sinkt der Mittelpunkt des Regenbogens unter den Horizont, und es ist kein Regenbogen mehr sichtbar.

Von einem erhöhten Standpunkt aus, beispielsweise von einem hohen Berg oder aus einem Flugzeug, kann der Horizont tiefer liegen. In solchen Fällen ist es möglich, einen vollständigen, kreisrunden Regenbogen zu beobachten, da der Blick auf die Regentropfen unterhalb der Horizontlinie frei wird.

Was ist ein doppelter Regenbogen und wie entsteht er?

Manchmal lässt sich am Himmel ein zweiter, schwächerer Regenbogen beobachten, der oberhalb des primären Hauptregenbogens steht. Dieses Phänomen wird als doppelter Regenbogen oder Nebenregenbogen bezeichnet. Er ist größer, lichtschwächer und weist eine umgekehrte Farbreihenfolge auf.

Die Entstehung des Nebenregenbogens ähnelt der des Hauptregenbogens, allerdings mit einem entscheidenden Unterschied im Inneren der Wassertropfen. Während das Licht für den Hauptregenbogen nur einmal an der Rückseite des Tropfens reflektiert wird, erfährt es für den Nebenregenbogen eine zweifache interne Reflexion. Dieser zusätzliche Schritt im Lichtweg führt zu einem veränderten Austrittswinkel.

Durch die zweite Reflexion verlässt das Licht den Tropfen in einem höheren Winkelbereich, nämlich zwischen etwa 50 Grad (Rot) und 53 Grad (Violett). Deshalb erscheint der Nebenregenbogen weiter außen, also höher am Himmel als der Hauptregenbogen. Bei jeder Reflexion an der Innenwand des Tropfens geht ein Teil des Lichts verloren, da es aus dem Tropfen austritt. Nach zwei Reflexionen ist die Lichtintensität deutlich geringer als nach nur einer, weshalb der Nebenregenbogen stets blasser und schwächer leuchtet.

Die doppelte Reflexion ist auch der Grund für die umgekehrte Farbreihenfolge. Die zusätzliche Spiegelung kehrt die geometrische Anordnung der Lichtstrahlen um. Beim Nebenregenbogen befindet sich daher Rot an der Innenseite (bei ca. 50 Grad) und Violett an der Außenseite (bei ca. 53 Grad). Die Reihenfolge ist also genau spiegelverkehrt zum Hauptregenbogen.

Der Bereich zwischen den beiden Bögen erscheint oft merklich dunkler als der Rest des Himmels. Dieser Streifen wird Alexanders dunkles Band genannt, nach dem antiken griechischen Philosophen Alexander von Aphrodisias, der es um 200 n. Chr. beschrieb. In diesem Winkelbereich wird weder das einfach noch das doppelt reflektierte Licht der Sonne in Richtung des Beobachters gestreut, wodurch diese Zone vergleichsweise lichtleer erscheint.

Gibt es auch andere Arten von Regenbögen?

Der klassische Regen- und der Doppelregenbogen sind die bekanntesten, aber keineswegs die einzigen Phänomene dieser Art. Unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen können weitere, teils seltenere und subtilere Bogenerscheinungen auftreten, die alle auf den Prinzipien von Brechung und Reflexion von Licht in Wassertropfen oder Eiskristallen beruhen.

Ein Nebelbogen (manchmal auch „weißer Regenbogen“ genannt) entsteht auf die gleiche Weise wie ein Regenbogen, jedoch in sehr viel kleineren Wassertröpfchen von unter 0,05 mm Durchmesser, wie sie in Nebel vorkommen. Aufgrund der geringen Größe der Tröpfchen überlagern sich die Lichtwellen durch Beugungseffekte. Dies führt dazu, dass die Farben stark verwaschen sind oder ganz verschwinden, wodurch der Bogen breit und blassweiß mit einem rötlichen äußeren Saum erscheint.

In klaren Nächten mit hellem Mondschein kann ein Mondregenbogen entstehen. Seine Physik ist identisch mit der eines Sonnenregenbogens, aber die Lichtquelle ist der Mond. Da Mondlicht nur reflektiertes Sonnenlicht und wesentlich schwächer ist, sind Mondregenbögen sehr lichtschwach. Das menschliche Auge ist bei geringer Helligkeit kaum in der Lage, Farben zu unterscheiden, weshalb Mondregenbögen meist als weißer Bogen wahrgenommen werden. Nur auf langzeitbelichteten Fotografien werden die Farben sichtbar.

Weitere seltene Varianten sind Spiegelbögen und überzählige Bögen. Ein Spiegelbogen kann über einer großen, ruhigen Wasserfläche wie einem See entstehen. Er wird durch Sonnenlicht erzeugt, das zuerst von der Wasseroberfläche reflektiert wird, bevor es auf die Regenwand trifft. Er erscheint als zweiter Bogen, der den primären Bogen zu spiegeln scheint. Überzählige Bögen sind schwache, pastellfarbene Bögen, die direkt an der Innenseite des Hauptregenbogens auftreten können. Sie sind keine Folge von Reflexionen, sondern von Interferenzeffekten zwischen Lichtwellen, die leicht unterschiedliche Wege durch die Tropfen nehmen.

Wie wurde das Phänomen des Regenbogens historisch erklärt?

Lange bevor die Physik die Entstehung des Regenbogens erklären konnte, versuchten Menschen, das beeindruckende Himmelsschauspiel durch Mythen und Religion zu deuten. In der griechischen Mythologie war der Regenbogen die Personifikation der Göttin Iris, einer Botin, die eine Brücke zwischen Himmel und Erde schlug. In der nordischen Mythologie stellte der Regenbogen die Brücke Bifröst dar, die Midgard (die Welt der Menschen) mit Asgard (der Welt der Götter) verband. Im Alten Testament symbolisiert der Regenbogen Gottes Bund mit den Menschen nach der Sintflut.

Erste wissenschaftliche Ansätze gab es bereits in der Antike. Der griechische Philosoph Aristoteles beobachtete um 350 v. Chr. korrekt, dass ein Regenbogen niemals bei hohem Sonnenstand erscheint und dass die Sonne, der Beobachter und der Mittelpunkt des Bogens auf einer Linie liegen. Seine Erklärung für die Farben basierte jedoch auf einer fehlerhaften Theorie von Licht und Sicht.

Der entscheidende Durchbruch gelang im späten Mittelalter, unabhängig voneinander, dem deutschen Dominikanermönch Theoderich von Freiberg (um 1304) und dem persischen Gelehrten Kamal al-Din al-Farisi (um 1309). Beide führten Experimente mit wassergefüllten Glaskugeln durch, die Regentropfen simulierten. Sie konnten den Weg des Lichts durch Brechung beim Eintritt, interner Reflexion und erneuter Brechung beim Austritt korrekt nachzeichnen und so die Entstehung des Hauptregenbogens erklären. Theoderich beschrieb sogar den Prozess der doppelten Reflexion für den Nebenregenbogen.

Der französische Philosoph und Mathematiker René Descartes lieferte 1637 eine detaillierte geometrische Analyse. Mithilfe des kurz zuvor formulierten Snelliusschen Brechungsgesetzes berechnete er die Winkel für den Hauptbogen mit rund 42 Grad und für den Nebenbogen mit rund 51 Grad. Descartes' Erklärung war nahezu vollständig, ihm fehlte jedoch noch das Verständnis für die Natur der Farben. Er nahm an, das Licht werde durch den Tropfen modifiziert.

Den letzten Baustein fügte Isaac Newton um 1672 hinzu. Mit seinen berühmten Prismenexperimenten zeigte er, dass weißes Sonnenlicht keine fundamentale Entität ist, sondern sich aus einem Spektrum verschiedener Farben zusammensetzt. Er bewies, dass die Brechung (Dispersion) diese Farben lediglich trennt, aber nicht erzeugt. Die Kombination aus Descartes' geometrischer Optik und Newtons Farbtheorie lieferte die erste vollständige und korrekte wissenschaftliche Erklärung für die Entstehung des Regenbogens.

Welche häufigen Irrtümer über Regenbögen gibt es?

Die mystische Aura und die beeindruckende Erscheinung von Regenbögen haben über Jahrhunderte zu zahlreichen Mythen und Missverständnissen geführt, von denen einige bis heute verbreitet sind. Viele davon lassen sich durch ein grundlegendes Verständnis der zugrundeliegenden Optik leicht aufklären.

Der wohl bekannteste Mythos ist der vom Topf voll Gold am Ende des Regenbogens. Dieser Irrtum entspringt der Unmöglichkeit, das Ende eines Regenbogens jemals zu erreichen. Da ein Regenbogen ein optisches Phänomen ist, dessen Position vom Beobachter abhängt, bewegt er sich mit dem Beobachter mit. Versucht eine Person, sich auf das vermeintliche Ende zuzubewegen, verschiebt sich der gesamte Bogen, sodass der Abstand gleich bleibt. Ein Regenbogen hat kein physisches Ende.

Ein verwandter Irrtum ist die Annahme, ein Regenbogen sei ein physisches Objekt an einem bestimmten Ort am Himmel. Tatsächlich ist er eine virtuelle Erscheinung, ein Bild, das durch das Zusammenspiel von Lichtstrahlen aus unzähligen, weit verteilten Wassertropfen entsteht. Jeder Beobachter sieht seinen eigenen, einzigartigen Regenbogen aus einem etwas anderen Satz von Tropfen. Das unterstreicht die Natur von Licht, das sich über gewaltige Distanzen ausbreitet, wie es auch das Konzept eines Lichtjahres in der Astronomie tut.

Oft wird angenommen, Regenbögen könnten ausschließlich nach einem Regenschauer auftreten. Das ist nicht korrekt. Ein Regenbogen kann überall dort entstehen, wo Wassertropfen in der Luft schweben und von einer Lichtquelle aus der richtigen Richtung beschienen werden. Dies kann auch in der Gischt eines Wasserfalls, im Sprühnebel eines Rasensprengers oder sogar in der ausgeatmeten feuchten Luft an einem sehr kalten, sonnigen Tag der Fall sein.

Schließlich hält sich die Vorstellung hartnäckig, ein Regenbogen habe genau sieben Farben. Diese Einteilung in Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett ist eine kulturelle Konvention, die von Isaac Newton populär gemacht wurde, der eine Analogie zu den sieben Noten einer musikalischen Tonleiter sah. Physikalisch gesehen ist das Spektrum des Regenbogens jedoch kontinuierlich und enthält Millionen von Farbtönen, die nahtlos ineinander übergehen.

Häufige Fragen

Dieser Artikel wurde mit Unterstützung künstlicher Intelligenz erstellt und redaktionell aufbereitet. Stand: September 2026.