Das Licht der Sonne ist unser aller Leben!
Sonnenstrahlen bestehen aus einer ganzen Palette elektromagnetischer Wellenlängen. Unsere Augen nehmen nur einen Teil dieser Strahlen wahr: es ist die sichtbare Strahlung, das sichtbare Spektrum oder ganz einfach das Licht. Eine Mischung aller sichtbaren Strahlen lässt in unserem Gehirn einen Sinneseindruck von “weißem” Licht entstehen.
Licht ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, den wir mit den Augen sehen können. Das Lichtspektrum, also die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, liegt zwischen 380 Nanometer und 780 nm. Je kürzer die Wellenlänge, um so höher die Frequenz, und um so höher die Energie, die ein Lichtquant in sich trägt (sog. Photonenenergie). Blaues Licht hat mehr Photonenenergie als rotes.
Wieviel ist ein Nanometer?
Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Man kann auch sagen: ein Nanometer ist ein Milliardsten Meter. Hier die Skala der Längenmaße:
Unsere Augen
Dass wir überhaupt Licht überhaupt sehen können, hängt mit unseren Augen zusammen. Das sind Sinneszellen, die sich im Laufe der Evolution so entwickelt haben, dass sie physikalische Kräfte aus unserer Umgebung so umwandeln könenn, dass wir sie im Gehirn verarbeiten können. Das menschliche Auge hat dafür vier verschiedene Sinneszellen, die jeweils bei unterschiedlichen Wellenlängen bzw. bei unterschiedlicher Lichtintensität “aktiviert” werden.
Das Auge ist ein Sinnesorgan. Es nimmt Lichtstrahlen aus unserer Umgebung auf und wandelt es so um, dass die Information im Gehirn weiterverarbeitet werden kann. Auge und Gehirn bilden eine Einheit, die sich gemeinsam im Laufe der Evolution entwickelt hat (Visuelles System). Den Prozess der Verarbeitung nennt man “Sehen”.
Auf der Rückseite / Innenseite des Auges befindet sich die Netzhaut (Retina). Sie besteht aus verschiedenen Zellschichten: die Photorezeptoren (Stäbchen für Hell-Dunkel-Sehen, Zapfen für Farbensehen) wandeln den Lichtimpuls in einen elektroschen Nervenimpuls um.
Für das Farbensehen sind drei verschieden Zapfen-Zellen erforderlich:
- Zapfen für Rot-Sehen (ca. 46 % aller Zapfen)
- Zapfen für Grün-Sehen (ca. 46 % aller Zapfen)
- Zapfen für Blau-Sehen (ca. 8 % aller Zapfen)
Die drei Zapfentypen reagieren jeweils auf Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Trifft also ein Photon mit einer Wellenlänge im Rotbereich auf ein Rot-Zapfen, dann “feuert” er einen Impuls an die folgenden Zellen. Die anderen beiden Zapfentypen bleiben bei einem “Rot-Photon” inaktiv (zumindest statistisch gesehen). Sie reagieren entsprechend, wenn Photonen mit ihrer spezifischen Wellenlänge eintreffen.
Das Lichtspektrum
Die Wellenlängen der Hauptfarben sind:
- Violett : ca. 380 bis 430 nm
- Blau : ca. 430 (Ultramarinblau) bis 490 nm (Preußischblau)
- Grün : ca. 490 bis 570 nm
- Gelb : ca. 570 (grün-gelb) bis 600 nm (orange-gelb)
- Orange : ca. 600 nm bis 640 nm
- Rot : ca. 640 nm (orange-rot) bis 780 nm (Krapp-Rot)
Wird weißes Licht durch kleinste Wassertröpfchen in der Atmosphäre in seine Spektralfarben zerlegt, kommt für uns ein Regenbogen zum Vorschein, oder anders gesagt: wir sehen ein fortlaufendes Farbspektrum das von Rot über Orange, Gelb, Grün, Türkis, Blau bis hin zu Violett reicht.
Schon seit der Antike sind Beschreibungen des Regenbogens bekannt. Aber der erste, der ein Prisma benutzte, um weißes Sonnenlicht aufzubrechen und so das Lichtspektrum sichtbar zu machen (sog. Spektralfarben), war Isaac Newton – zumindest der erste, der das wissenschaftlich dokumentiert hat.
Tageslicht – Lichtspektren
Das Spektrum des Tageslichts wechselt je nach Tages- und Jahreszeit – nicht nur die Intensität, sondern auch die Farbbalance verändert sich. Am frühen Morgen und am Sonnenuntergang, wenn die Sonne nicht hoch über dem Horizont steht, werden ihre Lichtstrahlen von der Atmosphäre gefiltert, welche sie schräg durchqueren: Der Blauanteil wird zu grossen Teilen gestreut, so dass uns die Farbe rötlich erscheint.
Das Lichtspektrum unterscheidet sich je nach Lichtquelle stark. Das gilt für Tageslicht ebenso wie für künstliche Lichtquellen. Im Folgenden ein paar unterschiedliche Lichtspektren:
Allerdings ist die Verteilung der Strahlung über den Tagesverlauf gesehen unterschiedlich. Das liegt vor allem an der unterschiedlichen Brechung des Lichtes in der Atmosphäre: morgens und abends ist der Einfallwinkel ein anderer als Mittag. Morgens und Abends überwiegt der langwellige Teil des Lichtspektrums:
Mittags dagenen steht die Sonne oben am Himmel und die Strahlung kann die Atmosphäre mehr oder weniger ungebrochen durchdringen. Dann überwiegt der kurzwellige Teil des Lichtspektrums:
UV-Strahlung
Die Ultraviolette Strahlung ist kurzwelliger als Blau bzw. Violett. Manchmal wird fälschlicherweise von “UV-Licht gesprochen, was nicht ganz korrekt ist, weil UV-Strahlung eben nicht für den Menschen sichtbar ist (für eine Reihe von Tieren allerdings schon (Bienen, Fledermäuse etc.) Da die UV-Strahlung energiereicher ist, ist sie schädlich für den Menschen. Das UV-Licht dringt in die Hautschichten ein und kann dort chemische Prozesse auslösen. Das geht von rascher Alterung der Haut bis hin zur Veränderungen im Erbgut (UVB-Strahlung).
Infrarot-Strahlung
Auch Infrarotstrahlen sind normalerweise für das menschliche Auge unsichtbar. Nur unter bestimmten Bedingungen können wir es dennoch wahrnehmen, wie eine Studie von Forschern gezeigt hat.
Die Energie von Infrarotstrahlung wird vom Körper aufgenommen. Diese Energie bringt Moleküle im Körper zum Schwingen – das Ergebnis ist: Wärme! Ein natürlicher Vorgang, wie wir ihn auch erleben, wenn wir in die Sonne gehen. Ein Schritt in den Schatten lässt uns die Außentemperatur gleich kühler wahrnehmen. Infrarotstrahlung hat verschiedene Wellenlängen
Infrarotstrahlung hat verschiedene Wellenlängen. Es wird in drei Bereiche unterteilt: in kurzwellige Infrarot-A-Strahlung, mittelwellige Infrarot-B-Strahlung und in langwellige Infrarot-C-Strahlung. Jede Infrarotstrahlung führt im Körper zu Erwärmung. Die kurzwellige Infrarot-A-Strahlung wirkt bis in die Unterhaut und der langwellige Infrarot-C-Bereich wirkt insbesondere auf die Körperoberfläche. Der Infrarot-B-Bereich liegt dazwischen.
Buntbarsche können auch Infrarotlicht sehen. Sie gehören damit neben den Schlangen zu den wenigen bisher bekannten Wirbeltieren, die diese langwellige Strahlung wahrnehmen können. Entdeckt haben diese Fähigkeit der Fische Biologen der Universität Bonn.
