1a. Zonnestralen achter opbollende cumulus, Egmond aan den Hoef. (wisselbeeld). Foto's: Kees Floor

1b. Zonnestralen achter bewolking, Kernville, California, USA. Foto: David K. Lynch.

Figuur 1 geeft een voorbeeld van een wolkenlucht met lichte en donkere banen; ze zijn zichtbaar boven de zon en lijken daaraan ontsproten. Kennelijk speelt de bewolking een rol bij het ontstaan van het patroon van lichtere en donkerder tinten van het hemelblauw.
Veel vaker dan boven de zon zien we het verschijnsel eronder, zoals in figuur 2a. Meestal staat de zon vrij laag, vandaar dat de naam schemeringsstralen ingeburgerd is. Daarnaast kom je in dit soort gevallen het begrip jakobsladder tegen. Gaat het om een enkele lichtbundel dan spreekt men ook wel van schemeringszuil (figuur 2b). Als de zon vrij hoog staat en de lichtbundels lopen steil naar beneden, 'staat de zon staat op poten'.

De zonnestralen of schemeringsstralen zijn alle afkomstig van één en hetzelfde punt: de zon. Om dergelijke lichtstralen te kunnen zien, moet aan twee voorwaarden zijn voldaan. De eerste daarvan is dat er, naast licht, ook schaduwpartijen aanwezig zijn voor het vereiste contrast. De schaduw wordt in dit geval veroorzaakt door bewolking. In andere gevallen kan het ook een bergtop zijn (figuur 2c). In een vochtig herfstbos of in een park hangt de schaduw doorgaans samen met bomen of takken en blad (figuur 2d).
Als de zon door een gat in de bewolking schijnt, is de zonnestraal licht van tint. 'Stralen' achter verspreid voorkomende wolken zijn donker.

Verstrooiing
De tweede voorwaarde is dat het zonlicht voldoende verstrooid wordt om het zichtbaar te doen zijn. De verstrooiing van licht in de atmosfeer wordt veroorzaakt door stof, sneeuw, regen of, zoals in dit geval, gewoon door de altijd aanwezige luchtmoleculen. Naarmate je verder kunt kijken en de afstand die het zonlicht aflegt groter is, is er meer strooilicht en zijn de lichtstralen dus beter te zien. Daardoor is het verschijnsel het duidelijkst in heldere lucht in de buurt van de horizon en bij lage zonnestanden. Als je boven je hoofd zou zoeken naar dergelijke zonnestralen, kijk je dwars op de bundel, zodat je veel minder - en in de praktijk meestal te weinig - strooilicht ziet. Verder van de zon af worden de lichtstralen weer zichtbaar, vooral recht tegenover de zon. De zonnestralen, in dit geval antischemeringsstralen, lijken dan gericht op het tegenpunt van de zon (figuur 3). Het tegenpunt van de zon ligt achter de schaduw van je hoofd; het bevindt zich tegenover de zon en even ver eronder als de zon er zelf boven staat.

5d. Zonsondergang in Chandler, Arizona, USA, 8 september 2005. Links de ondergaande zon met schemeringsstralen, rechts tegenover de zon antischemeringsstralen. Foto: Ian Schlueter.

Regenbogen en antischemeringsstralen vormen een interessante combinatie. Het tegenpunt van de zon is het middelpunt van de regenboog. De antischemeringsstralen lijken samen te komen in het tegenpunt van de zon, dus in het middelpunt van de regenboog (figuur 4).

Het schijnbaar uiteenlopen van de lichtbundels vanaf de zon en het schijnbaar samenkomen ervan in het tegenpunt van de zon berust op perspectief. De zon staat ver genoeg weg om de banen zonlicht en de schaduwbanen daartussenin in werkelijkheid evenwijdig aan elkaar te doen verlopen. Het effect dat optreedt, is te vergelijken met het perspectief van een spoorlijn waarbij de spoorrails lijken te convergeren in één punt (figuur 5a). In deze tijd van het jaar is het perspectiefeffect ook goed te zien bij bollenvelden, waar de begrenzingen tussen de bedden met bollen eveneens in een punt in de verte lijken samen te komen (figuur 5b).

De blauwe hemel
Een blauwe lucht is altijd een genot om te zien. Waarom is de hemel eigenlijk blauw? Bij het ontstaan van die blauwe tint spelen de luchtmoleculen een belangrijke rol. Zij doen een deel van het zonlicht dat erop invalt, van richting veranderen, een verschijnsel dat verstrooiing wordt genoemd. Door die richtingverandering zien we het licht niet op de plaats waar de zon staat, maar op een willekeurige plaats aan de hemel. Zonder verstrooiing, dus ook zonder atmosfeer waarin die verstrooiing optreedt, zou de hemel pikzwart zijn. Met dampkring is de heldere lucht blauw.
Waarom blauw? Dat komt doordat de mate van verstrooiing afhangt van de golflengte van het licht, en daarmee van de kleur. Het 'witte' zonlicht is samengesteld uit talrijke kleuren: de kleuren van de regenboog. Voor violet en blauw licht is de verstrooiing het sterkst, voor rood licht het zwakst. Het 'mengsel' van kleuren dat door verstrooiing ontstaat, levert, in combinatie met de gevoeligheid van het menselijk oog voor de verschillende kleuren, de blauwe hemelkleur op. We zien dat hemelblauw tegen de zwarte achtergrond van de wereldruimte.

Foto links:1a. Zonnestralen achter opbollende cumulus, Egmond aan den Hoef. (wisselbeeld). Foto's: Kees Floor

Boven: Michael Willmann (1630-1706): Landschap met de droom van Jakob. Staatliche Museen zu Berlin, Gemäldegalerie Bode Museum.
Links: Engelen beklimmen de Jakobladder; Bath Abbey.

5b. Bollenvelden in Egmond aan den Hoef. De bedden en de scheidingslijnen daartussenin lijken samen te komen in één punt. Eenzelfde effect is bijvoorbeeld te zien bij de rails van een spoorweg. Foto: Kees Floor.

Jakobsladder bijbels motief
De jakobsladder, het verschijnsel van schemeringsstralen bij laagstaande zon, ontleent zijn naam aan een verhaal uit de Bijbel. Daarin wordt een droom beschreven van aartsvader Jakob. Hij zag in die droom een ladder, die tot in de hemel reikte en waarlangs engelen zich van boven naar beneden bewogen en van beneden naar boven (Genesis 28:12). Jakob noemde de plek waar hij dit had gedroomd Bethel, wat 'Huis van God' betekent. Later verwees de evangelist Johannes naar dit gebeuren.

Voorjaarsweer en bollenvelden
De bollenvelden in de kuststrook liggen er bij zonnig voorjaarsweer vaak schitterend bij, terwijl tegelijkertijd meer landinwaarts door de aanwezigheid van stapelwolken de zon slechts af en toe schijnt en het landschap door de schaduwvlekken van de wolken er daar minder stralend bij ligt dan we wel zouden willen. Op de foto van de bollenvelden zien we duidelijk het zonovergoten landschap, waarboven in de verte laag aan de horizon de bewolking van het binnenland hangt. Zo'n verdeling van bewolking over het land is in het voorjaar geregeld waar te nemen. Het effect ontstaat doordat stapelwolken een warm aardoppervlak nodig hebben om te kunnen gedijen. Daardoor zie je ze in voorjaar en zomer, als het zeewater relatief koud is, meer boven land dan boven zee. Bij aanvoer van lucht over de Noordzee begint de bewolking zich pas te vormen enkele kilometers of tientallen kilometers het land in. De lucht is namelijk al over die afstand het land binnengedrongen tegen de tijd dat hij van onderen af voldoende is opgewarmd om wolkenvorming toe te laten.
In het najaar zijn de rollen omgekeerd. Dan is het zeewater relatief warm en krijgt de kustzone meer bewolking en neerslag te verduren dan het binnenland.