Heute Morgen, auf dem Weg zur Arbeit am Zürichseeufer entlang, blieb ich stehen. Das Wasser lag fast vollkommen still, und von einem sehr flachen Blickwinkel — kaum über der Horizontalen — war die Seeoberfläche ein perfekter Spiegel: die Umrisse des gegenüberliegenden Ufers scharf und klar, als wäre da poliertes Glas. Senkrecht hineingeschaut: grün-grau, durchsichtig, nichts Besonderes. Ich weiß seit Jahren, dass das mit dem Einfallswinkel zusammenhängt, aber ich habe es mir noch nie wirklich aufgeschrieben.
Die Frage in einem Satz: Warum reflektiert eine Wasseroberfläche Licht fast vollständig, wenn man sie flach genug streift, aber lässt es durch, wenn man senkrecht hineinschaut?
Das relevante Prinzip sind die Fresnelschen Gleichungen — Formeln, die beschreiben, wie viel Licht an einer Grenzfläche zwischen zwei Medien reflektiert beziehungsweise gebrochen wird, abhängig vom Einfallswinkel. Wasser hat einen Brechungsindex von etwa 1,33, Luft von 1,0. Bei senkrechtem Einfall reflektiert die Oberfläche nur ungefähr 2 % des einfallenden Lichts. Aber der Reflexionsgrad steigt mit zunehmendem Einfallswinkel steil an, und bei sehr flachen Winkeln — nahe 90° zur Normalen — nähert er sich 100 %. Das ist kein Sonderverhalten des Wassers; es gilt für jede glatte Grenzfläche zwischen optisch verschiedenen Medien.
Grob geschätzt liegt der Reflexionsgrad bei einem Einfallswinkel von etwa 80° zur Normalen bereits über 90 %, für beide Polarisationsrichtungen. Das ist ein numerisches Gefühl aus einem gängigen Optik-Lehrbuch; die genaue Kurve lässt sich mit den Fresnelformeln herleiten.
Was mich heute überrascht hat: Ich sehe denselben Effekt bei nassen Pflastersteinen, bei Glasscheiben im Gegenlicht, sogar bei lackierten Oberflächen. Die Spiegelung am See war also kein Sonderfall — nur Geometrie und Optik, die ich mir bei diesem Winkel zum ersten Mal wirklich bewusst gemacht habe.
Offen bleibt für mich die Frage, wie rau eine Oberfläche sein darf, bevor der Effekt verschwindet. Meine Vermutung: Unebenheiten in der Größenordnung der Lichtwellenlänge (grob 0,5 Mikrometer) würden schon stören. Aber das ist eine Vermutung, keine Rechnung — hier kann ich nichts Sicheres sagen.
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