Als Himmel bezeichnet man allgemein das von der Erde – oder allgemein, von einer Planetenoberfläche – aus durch die Atmosphäre mit Blick in Richtung des Weltraums gesehene Panorama.

Als Himmelsgewölbe bezeichnet man den Teil der Himmelskugel (Firmament), der sich über dem Horizont als scheinbare Halbkugel wölbt.

Tatsächlich erscheint uns die Himmelswölbung eher wie eine flache Schale, die am Horizont 2- bis 3-mal weiter entfernt ist als im Zenit. Dies liegt großteils am unterschiedlichen Azur (himmelsblau), daneben tragen auch Effekte der Entfernungschätzung in Bezug zum sichtbaren Horizont bei, wie sie etwa der Mondtäuschung zugrunde liegen. Das Erscheinungsbild des Himmels als über die Erde gewölbte Schale ist in vielen Mythologien vorhanden und hat zur langen Dauer des geozentrischen Weltbildes beigetragen.

Durchdringt das Sonnenlicht die Atmosphäre, wird ein Teil des Lichts gestreut und erhellt so den Himmel. Ohne diese Streuung bzw. ohne Atmosphäre wäre der Himmel − wie der Weltraum − schwarz. Zu dieser Diffusstrahlung trägt wesentlich die Streuung durch Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre bei.

Der Himmel erhält seine scheinbar blaue Färbung infolge der Streuung des Sonnenlichts an den Molekülen der Erdatmosphäre. Hierbei wird das kurzwelligere blaue Licht am einen Ende des sichtbaren Lichtspektrums etwa 16-mal stärker gestreut als das rote Licht am anderen Ende. Je nach Winkel zur Sonne ist das Streulicht unterschiedlich stark polarisiert.

Die Sonnenstrahlung, die uns normalerweise weiß erscheint, ist aus einem Lichtspektrum verschiedener Wellenlängen zusammengesetzt. Dieses Spektrum wird vom Menschen aufgrund seiner Farbwahrnehmung als weiß empfunden, ist jedoch keine Eigenschaft des Sonnenlichtes selbst. Wird das weiße Licht in seine verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt, nimmt der Mensch das Licht in Spektralfarben wahr. Dies wird zum Beispiel mit Hilfe eines Prismas sichtbar. Auch die Farben des nun monochromatischen Lichts sind keine Eigenschaft des Lichtes, sondern ist eine Zuordnung der menschlichen Farbwahrnehmung. Man muss nicht notwendigerweise monochromatisches Licht verwenden, um Licht farbig erscheinen zu lassen. Es genügt, wenn einige Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts stärker oder weniger stark vertreten sind als beim weißen Licht.

Beim Himmelsblau wird das Sonnenlicht an winzigen Molekülen der Luft gestreut, die erheblich kleiner sind als die Wellenlänge des Lichtes (Rayleigh-Streuung) und kann aus beliebigen Richtungen in unsere Augen gelangen. Das Bild zeigt, dass das Intensitätsmaximum der direkten Sonnenstrahlung im grünen Spektralbereich liegt, das Maximum des Streulichtes aber weit in den UV-Bereich wandert. Das genügt für ein Sonnenbad, das menschliche Auge ist dafür aber unempfindlich. Der Himmel scheint zu leuchten und dies vorzugsweise mit kurzwelligem Licht, das der Mensch als blau empfindet.

Der Ort mit dem blausten und klarsten Himmel der Erde, also dem intensivsten Himmelsblau, ist nach Messungen des britischen National Physical Laboratory Rio de Janeiro. In den oberen Schichten der Atmosphäre über der Stadt des Zuckerhuts gibt es nur sehr wenig kondensierte Flüssigkeit (Wassertröpfchen) und Staubpartikel, die den Durchtritt des kurzwelligen blauen Lichts stören könnten, was in einem besonders strahlenden Blau resultiert. Ungünstige Streuungseffekte der Atmosphäre sind es, die den Himmel andernorts eher weißlich-blau erscheinen lassen.^[1]

Durch Licht zu Eigenschwingungen angeregte Teilchen zog schon Leonhard Euler am 27. Juli 1760 heran, um das Blau des Himmels zu erklären. ^[2] Im 19. Jahrhundert zeigte Tyndall, dass Licht an Kolloiden (kleine Tröpfchen, Staub) gestreut wird (Tyndall-Effekt), und Strutt (Baron Rayleigh), dass Licht an Kolloiden umso stärker gestreut wird, je kurzwelliger es ist (Rayleigh-Streuung). Lichtstreuung an Kolloiden konnte jedoch die Farbe des Himmels nicht recht erklären, da kaum Abhängigkeit von der Menge an Kolloiden in der Atmosphäre besteht. Daher wurde von anderen Wissenschaftlern vermutet, dass die viel kleineren Moleküle, wie Stickstoff oder Sauerstoff für die Lichtstreuung verantwortlich sein müssten. Für eine Streuung an so kleinen Teilchen bestand aber kein Erklärungsmodell. Erst Einstein beschrieb ein Modell für photoelektrische Effekte an Molekülen, das im Einklang mit vielen Experimenten war.

Ähnliche Zusammenhänge gelten auch für den Nachthimmel, sind aber dem freien Auge kaum sichtbar. Dafür sind etliche andere Effekte erkennbar, die der Artikel Nachthimmel ausführlicher behandelt. Mit dem Anblick der Sterne beschäftigt sich der Artikel Sternhimmel, mit den atmosphärischen Erscheinungen des Tag-und-Nacht-Wechsels der Artikel Dämmerung.

Obwohl der blaue Anteil des Sonnenlichtes in der Atmosphäre in alle Richtungen gestreut wird, also auch in den Weltraum zurück, ist der „blaue Himmel“ vom Weltraum aus kaum sichtbar. Die Intensität des Streulichtes der Atmosphäre ist im Verhältnis zum reflektierten Licht der Erdoberfläche einfach zu gering. Vom Weltraum aus betrachtet sieht man deshalb nur den sehr viel helleren Hintergrund des Himmels: die Erdoberfläche. Befindet man sich hingegen auf der Erdoberfläche, hat man einen sehr dunklen Hintergrund zur Verfügung, um den blauen Himmel betrachten zu können: den Weltraum. Die Nachtseite der Erde ist durch Streuungseffekte auch nie ganz dunkel, weitaus beherrschend ist heute – abgesehen von der Wolkendecke – aber die künstliche Beleuchtung durch den Menschen.

• Atmosphärische Optik
• Bewölkung, Wolke (Cirren)
• Außerirdische Himmelsanblicke

1. ↑ www.farbimpulse.de
2. ↑ S.I. Wawilow: Briefe an eine deutsche Prinzessin über einige Gegenstände der Physik und Philosophie

• H.Dittmar-Ilgen: Wie das Salz ins Meerwasser kommt.... Hirzel-Verlag; S. 19: Das Rätsel um unseren blauen Planeten

Commons: Himmel – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien