Wetterfrosch: Über den Schatten, den Zwilling des Lichts

Auch im Winter ist die Sonne willkommen, auch wenn sie weniger stark scheint. Wo Licht ist, ist auch Schatten — die beiden treten immer im Duopack auf. Im Wetterfroschbeitrag geht es darum, wie Schatten entsteht und warum er manchmal grösser ist und manchmal kleiner.

Ich hoffe gerne, liebe Leserin, lieber Leser, dass Sie in Ihren Familien lichterfüllte Weihnachtstage erleben durften. Das Licht der Sonne ist in dieser Jahreszeit etwas zurückhaltender. Aus unserer irdischen Perspektive gesehen hat die Sonne hat vor ein paar Tagen ihren tiefsten Sonnenstand am Horizont erreicht. Das zeigte sich am 22. Dezember mit der längsten Nacht und dem kürzesten Tag.

Die Sonnenstrahlen, die von der Sonne, unserem grössten Lichtspender, auf die Nordhalbkugel der Erde fallen, treffen in einem flachen Winkel auf der Erdoberfläche ein. Das kann man am eigenen Schatten feststellen, wenn man in diesen Tagen zu einem Winterspaziergang an der Sonne aufbricht.

«Wo Licht ist, ist auch Schatten.» Dieses Zitat kennt jeder. Es stammt von Johann Wolfgang von Goethe. Auch wenn die Bedeutung dieses Zitats einen psychologischen Hintergrund hat, zeigt es doch sehr eindrücklich, dass Licht und Schatten immer gemeinsam auftreten, eben Zwillinge sind. Haben Sie sich auch schon einmal gefragt, was denn Schatten überhaupt ist. Wie entsteht Schatten? Welche Bedeutung hat der Schatten? Diesen Fragen wollen wir im heutigen und im nächsten Beitrag von «Hallo Wetterfrosch» nachgehen.

Körper blockiert Licht

Was ist also ein Schatten, und wie entsteht er? Wir wissen alle, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Wenn nun die Lichtstrahlen der Sonne oder einer anderen Lichtquelle auf einen undurchlässigen Körper oder Gegenstand auftreffen, dann werden sie von diesem Gegenstand abgefangen. Der Körper blockiert die Lichtstrahlen und verhindert, dass sie ihn durchdringen. Ein Metallblock, ein grosser Stein, ein Haus oder unser menschlicher Körper sind für die Lichtstrahlen undurchlässig. Die Konturen des dreidimensionalen Gegenstands bilden auf seiner Rückseite eine lichtarme, dunkle Zone, die man Schatten nennt. Ein Gegenstand kann unterschiedliche Schatten abbilden, wie aus der Abbildung ersichtlich ist.

Es sind dies:

1. Der Körper- oder Eigenschatten.
2. Der auf eine Fläche projizierte Schlagschatten.
3. Dazwischen noch ein Schattenkegel, den man aber meist nicht sieht.

Der Schlagschatten, den ein Gegenstand auf eine Fläche wirft, kann einerseits sehr klein, andererseits aber auch sehr gross und in die Länge gezogen erscheinen. Die Grösse des Schlagschattens hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab: von der Distanz der Lichtquelle und vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen.

Schatten wachsen

Je näher die Lichtquelle vor dem Gegenstand steht, umso grösser wird sein Schlagschatten. Je weiter weg die Lichtquelle, umso kleiner wird der Schlagschatten. Wenn wir nun die Sonne als Lichtquelle nehmen, dann ist ihr Abstand von der Erde praktisch immer der gleiche. Wir können aber feststellen, dass unser Körper im Sommer am Mittag nur einen kleinen Schlagschatten wirft. Mit zunehmender Tagesdauer, am späten Nachmittag, wird der Schatten immer grösser. Auf dem Winterspaziergang, an einem sonnigen Tag, beobachten wir hingegen auch tagsüber einen vergleichsweise langen Schatten, wie er im Sommer zur gleichen Tageszeit nicht auftritt. Da spielt der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen eine wichtige Rolle.

Wenn die Sonnenstrahlen im Sommer, am Mittag, von einem hohen Sonnenstand steil auf der Erdoberfläche ankommen, dann bildet unser Körper nur einen kleinen Schatten. Am späten Nachmittag wird der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen schon flacher und der Schatten sofort länger. Im Winter lässt die vermeintliche Bahn der Sonne in unseren Breitengraden das Sonnenlicht flacher einfallen, und so bilden die Gegenstände alle tagsüber lange Schatten.

Schon 3300 Jahre bekannt

Die Sonne ist eine bewegliche Lichtquelle. Der Schatten wechselt also, je nach Sonnenstand, immer wieder seine Richtung. Diesen Effekt hatte man schon 1100 vor Christus in der chinesischen Kultur mit dem sogenannten «Schattenzeiger» oder «Gnomon» ausgenützt. Für die Chinesen war der Gnomon ein astronomisches Instrument, mit dem sich aus der Schattenlänge der Sonnenstand berechnen liess. Diese antiken Geräte waren die Vorläufer unserer beliebten Sonnenuhren.

Der Schlagschatten eines parallel zur Erdachse ausgerichteten Polstabs zeigt auf der Sonnenuhr die Tageszeit an, genauer die wahre Sonnenzeit. Bei trübem Wetter mit vielen Wolken entsteht kein Schatten des Polstabs. Vielleicht hat sich daher das deutsche Sprichwort gebildet: «Mach es wie die Sonnenuhr, zähl die heitern Stunden nur.»

Mit der mikro-klimatologischen Bedeutung des Schattens befassen wir uns im nächsten Beitrag.
Für das neue Jahr 2024, ein Schaltjahr, wünsche ich Ihnen viele lichtvolle Momente und die dazugehörigen Schattenspender.

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den Freiburger Nachrichten spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge sind auf www.freiburger-nachrichten.ch zu finden.