| Werden Lichtstrahlen werden an einem kugelförmigen Wassertropfen durch mehrmalige Brechung und Reflexion gestreut, so treten in bestimmten Richtungen (Regenbogenwinkel) Kaustiken auf, d.h. in diese Richtungen wird besonders viel Licht abgelenkt. Diesem Mechanismus liegt die Entstehung von Regenbögen zugrunde.
Kann es auch einen "Antiregenbogen" geben, d.h. werden Kaustiken sichtbar, wenn parallel einfallende Lichtstrahlen an einer Luftblase im Wasser gestreut werden? Die folgenden Bilder sind rein geometrisch simuliert, d.h. Reflexions- oder Transmissionskoeffizienten wurden ignoriert. Die Lage und Form allfälliger Kaustiken wird dadurch nicht verändert. |
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| Abbildung 1: Parallele Strahlen treffen von links auf eine Luftblase in Wasser und werden dort reflektiert und ev. ins Blaseninnere gebrochen. Die gebrochenen Strahlen können im Innern mehrmals reflektiert werden (in dieser Simulation zwei Mal). Nach jeder Reflexion verlässt ein Teil des Lichts die Blase. |
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| Abbildung 2: Parallele Strahlen treffen von links auf die Luftblase. Es wurden viele Strahlen überlagert und die Intensitäten addiert. Kaustiken bilden sich nur im Innern der Luftblase, d.h. es gibt keinen Regenbogenwinkel ausserhalb der Blase wie bei einem Wassertropfen in Luft. Die Luftblase fokussiert das Licht ähnlich wie ein Hohlspiegel; die Spitze der Kaustik rechts wäre dann der Brennpunkt. |
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| Abbildung 3: Wie Abbildung 2, aber unscharf-maskiert und kontrastverstärkt. Die Kaustiken im Innern der Luftblase treten deutlicher hervor (und hübsche Artefakte im Aussenraum). |
| Die Strahlen bilden offenbar keine "reellen" Kaustiken im Aussenraum. Was ist aber mit den rückwärtigen Verlängerungen der Strahlen, die an der Blase reflektiert respektive beim Austreten gebrochen werden? Einhüllende dieser verlängerten Strahlen heissen "virtuelle" Kaustiken. Die virtuellen Kaustiken lassen sich nicht mit einem Schirm auffangen, aber man kann sie durch eine Optik betrachten. |
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| Abbildung 4: Virtuelle Kaustiken jener Strahlen, die an der Blase reflektiert werden oder diese verlassen. |
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| Abbildung 5: Wie Abbildung 4, aber unscharf maskiert und kontrastverstärkt |
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| Abbildung 6: Ausschnitt aus Abbildung 4 |
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| Abbildung 7: Wie Abbildung 6, aber unscharf maskiert und kontrastverstärkt. Ausserdem zeigen sich interessante Artefakte im Aussenraum der Luftblase. Ein Regenbogenwinkel ist nicht auszumachen. |