Wie ein Mönch im Mittelalter den Regenbogen erklärte
Ein Mönch erklärt im 14. Jahrhundert den Regenbogen: Brechung, Reflexion – und ein Glas Wasser als Modell.
Heute weiß man ganz genau, wie ein Regenbogen entsteht, das war im Mittelalter noch anders.
Foto: PantherMedia / raul_ruiz (YAYMicro)
Dietrich von Freiberg, ein Dominikanermönch des 13. Jahrhunderts, legte mit seiner Regenbogentheorie einen wichtigen Grundstein für die moderne Optik. Mit einfachsten Mitteln untersuchte er, wie Licht sich in Regentropfen verhält – und erkannte dabei zentrale Mechanismen wie Lichtbrechung und Reflexion. Trotz einiger Fehler in seiner Farbtheorie und Winkelbestimmung nutzte er erstmals experimentelle Methoden zur Erklärung eines Naturphänomens. Sein Werk „De iride“ gilt bis heute als bedeutender Meilenstein der Wissenschaftsgeschichte.
Inhaltsverzeichnis
- Die Physik des Lichts im Mittelalter
- Dietrich von Freiberg: Leben und Studium
- Ein wissenschaftlicher Auftrag: Die Farben des Himmels
- Regenbogen durch Tropfen: Modell mit einer Wasserflasche
- Brechung, Reflexion, Totalreflexion
- Fehlerhafte Farbtheorie – aber korrektes Vorgehen
- Vom Modell zum Himmel: Ein wissenschaftlicher Sprung
- Ein paralleler Ansatz: Kamal al-Din al-Farisi
Die Physik des Lichts im Mittelalter
Licht, Farben, Regen und Sonne – was wir heute mit Hilfe der Physik erklären, war im Mittelalter noch ein großes Rätsel. Im 13. Jahrhundert versuchte ein Dominikanermönch, dieses Rätsel zu lösen: Dietrich von Freiberg. Er war Theologe, Lehrer und Naturforscher. Und er widmete sich mit großem Ernst einem Phänomen, das viele Menschen bis heute fasziniert – dem Regenbogen.
Dietrich kombinierte alte Texte, scharfe Beobachtung und praktische Experimente. Seine Untersuchungen zur Lichtbrechung in Regentropfen zählen zu den frühesten wissenschaftlichen Arbeiten zur Optik in Europa.
Dietrich von Freiberg: Leben und Studium
Geboren wurde Dietrich um 1240 in Freiberg, einer Stadt mit florierendem Silberbergbau. Früh trat er in den Dominikanerorden ein. Sein Studium der Theologie, Logik und Naturphilosophie absolvierte er an mehreren Stationen – unter anderem vermutlich auch am Generalstudium von Albertus Magnus in Köln. Später lehrte Dietrich selbst im Dominikanerkonvent seiner Heimatstadt.
Ein Höhepunkt seiner Karriere war der Aufenthalt in Paris. Dort erhielt er 1293 den Magistertitel, die höchste akademische Würde seiner Zeit. Er leitete die deutsche Provinz des Dominikanerordens und war kurzzeitig sogar Generalvikar des gesamten Ordens.
Die Bildung des Hauptregenbogens nach Dietrichs Abhandlung Über den Regenbogen. Diagramm in der Handschrift Basel, Universitätsbibliothek, F.IV.30, fol. 33v und 34r (14. Jahrhundert).
Foto: gemeinfrei
Ein wissenschaftlicher Auftrag: Die Farben des Himmels
1304 beauftragte ihn der Ordensgeneral in Toulouse mit einer ungewöhnlichen Aufgabe: Dietrich sollte den Regenbogen wissenschaftlich untersuchen. Die Aufgabe war anspruchsvoll. Denn zwar hatten schon Gelehrte wie Aristoteles oder Avicenna über Licht und Farben geschrieben – doch niemand hatte bis dahin wirklich erklären können, wie ein Regenbogen entsteht.
Dietrich ging die Aufgabe systematisch an. Er zog die Lehren der Antike zu Rate, aber er verließ sich nicht auf bloße Autorität. Er beobachtete, experimentierte und dachte quer. So entwickelte er eine eigene Methode, die Naturphänomene sowohl in ihrem Wesen (physikalisch) als auch in ihrer Ursache (optisch) zu erfassen.
Regenbogen durch Tropfen: Modell mit einer Wasserflasche
Um dem Phänomen auf den Grund zu gehen, stellte Dietrich ein einfaches Experiment an. Er füllte eine Glasflasche mit Wasser – als Modell für einen Regentropfen. Durch diese Kugel aus Glas ließ er Sonnenlicht fallen. Er beobachtete, wie die Lichtstrahlen gebrochen wurden, an der Innenseite reflektiert und wieder gebrochen nach außen traten.
Er stellte fest, dass diese Strahlen einen farbigen Lichtbogen erzeugen – ähnlich wie am Himmel. Dabei bemerkte er, dass die Farbfolge abhängig vom Weg des Lichts durch die Kugel war. Bei nur einer Reflexion entsteht die typische Reihenfolge Rot außen, Blau innen. Bei zwei Reflexionen – also beim sogenannten Nebenregenbogen – ist die Reihenfolge umgekehrt.
Wie entsteht ein Regenbogen?
Die Erklärung des Regenbogens reicht zurück bis ins späte Mittelalter. Der islamische Gelehrte Kamal-al-Din al-Farisi und der Dominikanermönch Dietrich von Freiberg erkannten unabhängig voneinander, dass die Erscheinung des Regenbogens durch Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen in kugelförmigen Regentropfen entsteht.
Die heute allgemein akzeptierte Erklärung wurde später von René Descartes und Isaac Newton präzisiert:
- Einfallende Sonnenstrahlen werden an der Oberfläche des Tropfens gebrochen, dringen in das dichtere Medium Wasser ein und werden an der Innenseite reflektiert.
- Anschließend treten sie erneut gebrochen aus dem Tropfen aus und bilden dabei den sichtbaren Hauptbogen.
- Der Austrittswinkel hängt davon ab, wie zentral der Lichtstrahl auf den Tropfen trifft. Zwischen 138° und 180° liegt der Bereich, in dem sich besonders viele Lichtstrahlen bündeln – dort erscheint der Regenbogen.
Die Farbenfolge entsteht durch die unterschiedliche Brechung farbigen Lichts:
- Rotes Licht wird weniger stark gebrochen als violettes Licht.
- Deshalb erscheint Rot außen und Violett innen im Hauptbogen.
Beim Nebenregenbogen, der durch zweimalige Reflexion entsteht, ist die Farbreihenfolge umgekehrt.
Der Regenbogen ist kein physisches Objekt, sondern ein optisches Phänomen, das nur aus einer bestimmten Blickrichtung sichtbar ist – immer in einem Winkel von etwa 42° zur Gegenrichtung der Sonne.
Brechung, Reflexion, Totalreflexion
Dietrich erkannte auch, dass das Licht beim Eintritt in den Tropfen gebrochen wird, dann im Inneren reflektiert wird und beim Austritt erneut gebrochen wird. Bei genauerer Betrachtung sprach er sogar von zwei Totalreflexionen – ein erstaunlich richtiger Befund für seine Zeit.
Er verglich die Regentropfen mit einem „stehenden Vorhang“ aus Wasser. Denn jeder einzelne Tropfen fällt zwar, wird aber sofort durch einen neuen ersetzt. Dadurch erscheint der Regenbogen wie ein stabiles Objekt am Himmel – obwohl er in Wirklichkeit aus vielen einzelnen Lichtstreupunkten besteht.
Fehlerhafte Farbtheorie – aber korrektes Vorgehen
Trotz seiner exakten Beobachtungen lag Dietrich mit einigen Annahmen daneben. Er glaubte nicht an ein kontinuierliches Farbspektrum, sondern ging von vier Hauptfarben aus: Rot, Gelb, Grün und Blau. Rotes Licht, so vermutete er, entstehe an klaren, durchscheinenden Materialien – blaues an dichteren und opaken Oberflächen.
Diese Theorie war zwar nicht korrekt, aber methodisch bemerkenswert: Dietrich versuchte seine Hypothesen durch Experimente zu belegen. Dazu nutzte er ein Glasprisma, ließ Licht durchfallen und beobachtete die Farbabfolge. Dass er damit Lichtbrechung und -reflexion als Ursachen für Farberscheinungen benannte, war ein wichtiger Schritt in der Geschichte der Optik.
An einem Prisma lässt sich Licht in seine einzelnen Bestandteile aufspalten, wodurch sich die einzelnen Farben sichtbar machen lassen.
Foto: PantherMedia / mmaxer
Vom Modell zum Himmel: Ein wissenschaftlicher Sprung
Dietrich war damit einer der Ersten, der gezielt ein Modell zur Erklärung eines Naturphänomens nutzte. Seine Methode lässt sich mit modernen wissenschaftlichen Standards vergleichen: Beobachtung, Hypothese, Experiment, Schlussfolgerung.
Er war sich bewusst, dass die Regentropfen dieselben optischen Eigenschaften wie seine Glasflasche aufweisen. Auch wenn er den Winkel des Regenbogens falsch bestimmte – 22° statt der physikalisch korrekten 42° – war sein Beitrag zur wissenschaftlichen Methodik erheblich.
Ein paralleler Ansatz: Kamal al-Din al-Farisi
Interessanterweise arbeitete zur selben Zeit auch ein anderer Gelehrter an der Erklärung des Regenbogens: Kamal al-Din al-Farisi in der islamischen Welt. Auch er nutzte Glas- und Wasserexperimente zur Analyse der Lichtbrechung. Beide kamen – unabhängig voneinander – zu ähnlichen Ergebnissen über das Verhalten von Licht in kugelförmigen Tropfen.
Diese parallele Entwicklung zeigt, wie stark der wissenschaftliche Austausch über Kulturen hinweg bereits im Mittelalter war – auch wenn Dietrich vermutlich keinen Zugang zu den Arbeiten von Kamal hatte.
Ein Beitrag von:
