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Informieren Sie sich über die Definition und die Merkmale sichtbares Licht: Wellenlänge, Bereich elektromagnetischer Strahlung, Frequenz, Farbspektrumdiagramm, Farbwahrnehmung.

Sichtbares Licht

Sichtbares Licht ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der für das menschliche Auge zugänglich ist. Elektromagnetische Strahlung in diesem Bereich wird einfach Licht genannt. Die Augen reagieren auf sichtbare Lichtwellenlängen zwischen 390 und 750 nm. In der Frequenz entspricht dies einem Band von 400-790 THz. Das angepasste Auge erreicht typischerweise eine maximale Empfindlichkeit von 555 nm (540 THz) im grünen Bereich des optischen Spektrums. Das Spektrum selbst enthält jedoch nicht alle Farben, die von Augen und Gehirn erfasst werden. Beispielsweise entstehen Farben wie Rosa und Lila durch die Kombination mehrerer Wellenlängen.

Hier sind die Hauptkategorien elektromagnetischer Wellen. Die Trennlinien sind an manchen Stellen unterschiedlich, andere Kategorien können sich überschneiden. Mikrowellen nehmen den hochfrequenten Teil des Radiobereichs des elektromagnetischen Spektrums ein

Sichtbares Licht erzeugt Schwingungen und Rotationen von Atomen und Molekülen sowie den Elektronentransport in ihnen. Diese Transporte werden von Empfängern und Detektoren genutzt.

Ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums zusammen mit sichtbarem Licht. Die Unterscheidung zwischen Infrarot, sichtbarem und ultraviolettem Licht ist nicht hundertprozentig eindeutig

Das obere Bild zeigt einen Teil des Spektrums mit Farben, die bestimmten reinen Wellenlängen entsprechen. Rot steht für die niedrigsten Frequenzen und längsten Wellenlängen, Lila für die höchsten Frequenzen und kürzesten Wellenlängen. Die Strahlung des schwarzen Sonnenkörpers erreicht ihren Höhepunkt im sichtbaren Teil des Spektrums, ist jedoch im Roten stärker als im Violetten, sodass der Stern für uns gelb erscheint.

Farben, die durch Licht aus einem schmalen Wellenlängenband erzeugt werden, werden als reine Spektralfarben bezeichnet. Vergessen Sie nicht, dass jeder Mensch viele Schattierungen hat, denn das Spektrum ist kontinuierlich. Alle Bilder, die Daten bei Wellenlängen liefern, die sich von denen im sichtbaren Teil des Spektrums unterscheiden.

Sichtbares Licht und die Erdatmosphäre

Sichtbares Licht bricht durch das optische Fenster. Dies ist der „Ort“ im elektromagnetischen Spektrum, der Wellen ohne Widerstand passieren lässt. Als Beispiel können wir uns daran erinnern, dass die Luftschicht Blau besser streut als Rot, sodass der Himmel für uns blau erscheint.

Das optische Fenster wird auch sichtbar genannt, da es das für den Menschen verfügbare Spektrum abdeckt. Das ist kein Zufall. Unsere Vorfahren entwickelten eine Vision, die eine große Vielfalt an Wellenlängen nutzen konnte.

Dank des optischen Fensters können wir relativ milde Temperaturbedingungen genießen. Die Solarhelligkeitsfunktion erreicht im sichtbaren Bereich ein Maximum, das sich unabhängig vom optischen Fenster bewegt. Dadurch erwärmt sich die Oberfläche.

Photosynthese

Die Evolution hat nicht nur Menschen und Tiere beeinflusst, sondern auch Pflanzen, die gelernt haben, richtig auf Teile des elektromagnetischen Spektrums zu reagieren. Somit wandelt die Vegetation Lichtenergie in chemische Energie um. Bei der Photosynthese werden Gas und Wasser zur Erzeugung von Sauerstoff verwendet. Dies ist ein wichtiger Prozess für alles aerobe Leben auf dem Planeten.

Dieser Teil des Spektrums wird als photosynthetisch aktiver Bereich (400–700 nm) bezeichnet und überlappt den Bereich des menschlichen Sehvermögens.

Blumen als solche gibt es in der Natur nicht. Jeder Farbton, den wir sehen, wird durch die eine oder andere Wellenlänge bestimmt. entsteht unter dem Einfluss längster Wellen und stellt eine der beiden Seiten des sichtbaren Spektrums dar.

Über die Natur der Farbe

Das Aussehen dieser oder jener Farbe kann dank der Gesetze der Physik erklärt werden. Alle Farben und Schattierungen sind das Ergebnis der Verarbeitung von Informationen durch das Gehirn, die in Form von Lichtwellen unterschiedlicher Länge durch die Augen gelangen. In Abwesenheit von Wellen sehen Menschen, und wenn sie gleichzeitig dem gesamten Spektrum ausgesetzt sind, sehen sie Weiß.

Die Farben von Objekten werden durch die Fähigkeit ihrer Oberflächen bestimmt, Wellen einer bestimmten Länge zu absorbieren und alle anderen abzustoßen. Auch die Beleuchtung spielt eine Rolle: Je heller das Licht, desto intensiver werden die Wellen reflektiert und desto heller erscheint das Objekt.

Der Mensch kann mehr als hunderttausend Farben unterscheiden. Die beliebten Scharlach-, Burgunder- und Kirschtöne werden durch die längsten Wellen gebildet. Damit das menschliche Auge jedoch Rot sehen kann, darf es 700 Nanometer nicht überschreiten. Jenseits dieser Schwelle beginnt das für den Menschen unsichtbare Infrarotspektrum. Die gegenüberliegende Grenze, die violette Farbtöne vom ultravioletten Spektrum trennt, liegt bei etwa 400 nm.

Farbspektrum

Das Farbspektrum als bestimmte Farbmenge, verteilt nach zunehmender Wellenlänge, wurde von Newton bei seinen berühmten Experimenten mit einem Prisma entdeckt. Er war es, der sieben klar unterscheidbare Farben identifizierte, darunter drei Hauptfarben. Rot ist sowohl eine unterscheidbare als auch eine Grundfarbe. Alle Farbtöne, die Menschen unterscheiden, sind der sichtbare Bereich des riesigen elektromagnetischen Spektrums. Farbe ist also eine elektromagnetische Welle einer bestimmten Länge, nicht kürzer als 400, aber nicht länger als 700 nm.

Newton bemerkte, dass Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe unterschiedliche Brechungsgrade hatten. Um es richtiger auszudrücken: Das Glas brach sie anders. Die längste Wellenlänge trug zur maximalen Durchgangsgeschwindigkeit der Strahlen durch Materie und damit zur niedrigsten Brechbarkeit bei. Rote Farbe ist die sichtbare Darstellung der am wenigsten gebrochenen Strahlen.

Wellen bilden rote Farbe

Eine elektromagnetische Welle wird durch Parameter wie Länge, Frequenz und Wellenlänge charakterisiert. Unter Wellenlänge (λ) versteht man üblicherweise den kürzesten Abstand zwischen ihren Punkten, die in den gleichen Phasen schwingen. Grundeinheiten der Wellenlänge:

• Mikrometer (1/1000000 Meter);
• Millimikron oder Nanometer (1/1000 Mikron);
• Angström (1/10 Millimikron).

Die maximal mögliche Wellenlänge von rotem Licht beträgt 780 mm (7800 Angström), wenn es durch ein Vakuum geht. Die minimale Wellenlänge dieses Spektrums beträgt 625 mm (6250 Angström).

Ein weiterer wichtiger Indikator ist die Schwingungsfrequenz. Sie hängt mit der Länge zusammen, sodass die Welle durch jede dieser Größen angegeben werden kann. Die Frequenz roter Lichtwellen liegt zwischen 400 und 480 Hz. Die Photonenenergie bildet dabei einen Bereich von 1,68 bis 1,98 eV.

Rote Temperatur

Farbtöne, die ein Mensch unbewusst als warm oder kalt wahrnimmt, haben aus wissenschaftlicher Sicht in der Regel das entgegengesetzte Temperaturregime. Die mit dem Sonnenlicht assoziierten Farben Rot, Orange und Gelb gelten normalerweise als warm, die entgegengesetzten Farben als kalt.

Die Strahlungstheorie beweist jedoch das Gegenteil: Rottöne haben viel schwächere Farbtöne als Blautöne. Tatsächlich lässt sich dies leicht bestätigen: Heiße junge Sterne sind rot, während verblassende Sterne rot sind; Beim Erhitzen verfärbt sich Metall zunächst rot, dann gelb und schließlich weiß.

Nach dem Wiener Gesetz besteht ein umgekehrter Zusammenhang zwischen dem Grad der Erwärmung einer Welle und ihrer Länge. Je stärker sich das Objekt erwärmt, desto mehr Leistung kommt von der Strahlung aus dem kurzwelligen Bereich und umgekehrt. Es bleibt nur noch, sich daran zu erinnern, wo im sichtbaren Spektrum die längste Wellenlänge vorhanden ist: Die rote Farbe steht im Kontrast zu den Blautönen und ist am wenigsten warm.

Rottöne

Abhängig vom spezifischen Wert der Wellenlänge nimmt die rote Farbe verschiedene Farbtöne an: Scharlach, Purpur, Burgund, Ziegel, Kirsche usw.

Der Farbton wird durch 4 Parameter charakterisiert. Dies sind beispielsweise:

1. Der Farbton ist der Platz, den eine Farbe im Spektrum der sieben sichtbaren Farben einnimmt. Die Länge der elektromagnetischen Welle gibt den Ton an.
2. Die Helligkeit wird durch die Stärke der Energieemission eines bestimmten Farbtons bestimmt. Die extreme Helligkeitsreduzierung führt dazu, dass ein Mensch die Farbe Schwarz sieht. Bei einer allmählichen Erhöhung der Helligkeit erscheint dahinter Burgunderrot, danach Scharlachrot und bei maximaler Energiezunahme leuchtendes Rot.
3. Helligkeit – charakterisiert die Nähe des Farbtons zu Weiß. Weiße Farbe ist das Ergebnis der Mischung von Wellen verschiedener Spektren. Wenn sich dieser Effekt allmählich verstärkt, verwandelt sich die rote Farbe in Purpur, dann in Rosa, dann in Hellrosa und schließlich in Weiß.
4. Sättigung – bestimmt den Abstand einer Farbe vom Grau. Die graue Farbe besteht ihrer Natur nach aus drei Grundfarben, die in unterschiedlichen Mengen gemischt werden, wobei die Helligkeit der Lichtemission auf 50 % reduziert wird.

Die Bereiche gehen fließend ineinander über, es gibt keine klare Grenze zwischen ihnen. Daher sind die Grenzwerte der Wellenlängen teilweise sehr willkürlich.

1. Radiowellen (L > 1 mm). Quellen von Radiowellen sind Ladungsschwankungen in Drähten, Antennen und Schwingkreisen. Auch bei Gewittern werden Radiowellen ausgesendet.

Ultralange Wellen(L > 10 km). Sie breiten sich gut im Wasser aus und werden daher zur Kommunikation mit U-Booten verwendet.

Lange Wellen(1 km< Л < 10 км). Используются в радиосвязи, радиовещании, радионавигации.

Mittlere Wellen(100 m< Л < 1 км). Радиовещание. Радиосвязь на расстоянии не более 1500 км.

Kurze Wellen(10 m< Л < 100 м). Радиовещание. Хорошо отражаются от ионо-сферы; в результате многократных отражений от ионосферы и от поверхности Земли могут распространяться вокруг земного шара. Поэтому на коротких волнах можно ловить радиостанции других стран.

Meterwellen(1m< Л < 10 м). Местное радивещание в УКВ-диапазоне. Напри-мер, длина волны радиостанции «Эхо Москвы» составляет 4 м. Используются также в телевидении (федеральные каналы); так, длина волны телеканала «Россия 1» равна примерно 5 м.

Dezimeterwellen(10 cm< Л < 1м). Телевидение (дециметровые каналы). На-пример, длина волны телеканала «Animal Planet» приблизительно равна 42 см. Это также диапазон мобильной связи; так, стандарт GSM 1800 использует радиовол-ны с частотой примерно 1800 МГц, т. е. с длиной волны около 17 см. Есть ещё одно хорошо известное вам применение дециметровых волн — это микровол-новые печи. Стандартная частота микроволновой печи равна 2450 МГц (это частота, на которой происходит резонансное поглощение электромагнитного излучения моле-кулами воды). Она отвечает длине волны примерно 12 см. Наконец, в технологиях беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth используется такая же длина волны — 12 см (частота 2400 МГц).

Mikrowelle(1cm< Л < 10 см). Это — область радиолокации и спутни-ковых телеканалов. Например, канал НТВ+ ведёт своё телевещание на длинах волн около 2 см.

Infrarotstrahlung(780 nm< Л < 1 мм). Испускается молекулами и атомами нагретых тел. Инфракрасное излучение называется ещё тепловым — когда оно попадает на наше тело, мы чувствуем тепло. Человеческим глазом инфракрасное излучение не воспринимается Мощнейшим источником инфракрасного излучения служит Солнце. Лампы накаливания излучают наибольшее количество энергии (до 80%) в как раз в инфракрасной области спектра. Инфракрасное излучение имеет широкую область применения: инфракрасные обогревате-ли, пульты дистанционного управления, приборы ночного видения, сушка лакокрасочных покрытий и многое другое. При повышении температуры тела длина волны инфракрасного излучения уменьшается, смещаясь в сторону видимого света. Засунув гвоздь в пламя горелки, мы можем наблю-дать это воочию: в какой-то момент гвоздь «раскаляется докрасна», начиная излучать в видимом диапазоне.

Sichtbares Licht(380 nm< Л < 780 нм). Излучение в этом промежутке длин волн воспринимается человеческим глазом. Диапазон видимого света можно разделить на семь интервалов — так называемые спек-тральные цвета.

Rot: 625 nm – 780 nm;

Orange: 590 nm – 625 nm;

Gelb: 565 nm – 590 nm;

Grün: 500 nm – 565 nm;

Blau: 485 nm – 500 nm;

Blau: 440 nm – 485 nm;

Violett: 380 nm – 440 nm.

Die größte Empfindlichkeit des Auges besteht für Licht im grünen Teil des Spektrums.

UV-Strahlung(10 nm< Л < 380 нм). Главным источником ультрафиолетового излучения является Солнце. Именно ультрафи-олетовое излучение приводит к появлению загара. Человеческим глазом оно уже не вос-принимается. В небольших дозах ультрафиолетовое излучение полезно для человека: оно повышает иммунитет, улучшает обмен веществ, имеет целый ряд других целебных воздействий и потому применяется в физиотерапии. Ультрафиолетовое излучение обладает бактерицидными свойствами. Например, в боль-ницах для дезинфекции операционных в них включаются специальные ультрафиолетовые лампы. Очень опасным является воздействие УФ излучения на сетчатку глаза — при больших дозах ультрафиолета можно получить ожог сетчатки. Поэтому для защиты глаз (высоко в горах, например) нужно надевать очки, стёкла которых поглощают ультрафиолет.

Röntgenstrahlung(17 Uhr< Л < 10 нм). Возникает в результате торможения быстрых электронов у анода и стенок газоразряд-ных трубок (тормозное излучение), а также при некоторых переходах электронов внутри атомов с одного уровня на другой (характеристическое излучение).

Röntgenstrahlung dringt leicht in die Weichteile des menschlichen Körpers ein, wird jedoch von Kalzium absorbiert, das Teil der Knochen ist. Dadurch ist es möglich, die Ihnen bekannten Röntgenbilder anzufertigen. Auf Flughäfen haben Sie wahrscheinlich den Einsatz von Röntgenfernseh-Introskopen gesehen – diese Geräte beleuchten Handgepäck und Gepäck mit Röntgenstrahlen. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung ist vergleichbar mit der Größe von Atomen und den Atomabständen in Kristallen; Daher sind Kristalle natürliche Beugungsgitter für Röntgenstrahlen. Durch die Beobachtung von Beugungsmustern, die beim Durchgang von Röntgenstrahlen durch verschiedene Kristalle entstehen, kann man die Reihenfolge der Atome in Kristallgittern und komplexen Molekülen untersuchen. So wurde mit Hilfe von Röntgen-, Genost-, Hand- und Urnenanalysen die Struktur einer Reihe komplexer organischer Moleküle bestimmt – zum Beispiel DNA und Hämoglobin. In großen Dosen ist Röntgenstrahlung gefährlich für den Menschen – sie kann Krebs und Strahlenkrankheit verursachen.

Gammastrahlung (L< 5 пм). Dies ist die Strahlung mit der höchsten Energie. Seine Durchdringungskraft ist viel höher als die von Röntgenstrahlen. Gammastrahlung entsteht bei Übergängen von Atomkernen von einem Zustand in einen anderen sowie bei einigen Kernreaktionen. Einige Insekten und Vögel können im ultravioletten Licht sehen. Bienen nutzen beispielsweise ihre ultraviolette Sicht, um Nektar auf Blumen zu finden. Quellen von Gammastrahlen können geladene Teilchen sein, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen – wenn die Flugbahnen solcher Teilchen durch ein Magnetfeld gekrümmt werden (sogenannte Synchrotronstrahlung). In großen Dosen ist Gammastrahlung für den Menschen sehr gefährlich: Sie verursacht Strahlenkrankheit und Krebs. In geringen Dosen kann es jedoch das Wachstum von Krebstumoren unterdrücken und wird daher in der Strahlentherapie eingesetzt. Die bakterizide Wirkung von Gammastrahlung wird in der Landwirtschaft (Gamma-Sterilisation landwirtschaftlicher Produkte vor der Langzeitlagerung), in der Lebensmittelindustrie (Lebensmittelkonservierung) und auch in der Medizin (Sterilisation von Materialien) genutzt.

Sichtbare Strahlung sind vom menschlichen Auge wahrgenommene elektromagnetische Wellen, die einen Bereich des Spektrums mit Wellenlängen von etwa 380 (violett) bis 780 nm (rot) einnehmen. Solche Wellen liegen im Frequenzbereich von 400 bis 790 Terahertz. Elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlängen wird auch sichtbares Licht oder einfach Licht (im engeren Sinne des Wortes) genannt. Die größte Empfindlichkeit des menschlichen Auges liegt im Bereich von 555 nm (540 THz), im grünen Teil des Spektrums.

Auch sichtbare Strahlung fällt in das „optische Fenster“, einen Bereich des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, der von der Erdatmosphäre praktisch nicht absorbiert wird. Saubere Luft streut blaues Licht etwas stärker als Licht mit längeren Wellenlängen (in Richtung des roten Endes des Spektrums), sodass der Mittagshimmel blau erscheint.

Viele Tierarten sind in der Lage, Strahlung zu sehen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, also nicht im sichtbaren Bereich liegt. Bienen und viele andere Insekten sehen beispielsweise Licht im ultravioletten Bereich, das ihnen hilft, Nektar auf Blumen zu finden. Von Insekten bestäubte Pflanzen sind hinsichtlich der Fortpflanzung günstiger, wenn sie im ultravioletten Spektrum hell sind. Vögel können auch ultraviolette Strahlung (300–400 nm) sehen, und einige Arten haben sogar Markierungen auf ihrem Gefieder, um einen Partner anzulocken, die nur im ultravioletten Licht sichtbar sind.

Die ersten Erklärungen zum Spektrum der sichtbaren Strahlung lieferten Isaac Newton in seinem Buch „Optics“ und Johann Goethe in seinem Werk „The Theory of Colors“, doch schon vorher beobachtete Roger Bacon das optische Spektrum in einem Glas Wasser. Nur vier Jahrhunderte später entdeckte Newton die Lichtstreuung in Prismen.

Newton war der erste, der 1671 das Wort Spektrum (lateinisch Spektrum – Sehen, Aussehen) in gedruckter Form verwendete und seine optischen Experimente beschrieb. Er machte die Beobachtung, dass, wenn ein Lichtstrahl in einem Winkel zur Oberfläche auf die Oberfläche eines Glasprismas trifft, ein Teil des Lichts reflektiert wird und ein anderer Teil durch das Glas dringt und dabei mehrfarbige Streifen bildet. Der Wissenschaftler vermutete, dass Licht aus einem Strom von Teilchen (Körperchen) unterschiedlicher Farbe besteht und dass sich Teilchen unterschiedlicher Farbe in einem transparenten Medium mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen. Seiner Annahme zufolge bewegte sich rotes Licht schneller als violettes und daher wurde der rote Strahl vom Prisma nicht so stark abgelenkt wie der violette. Dadurch entstand ein sichtbares Farbspektrum.

Newton teilte das Licht in sieben Farben ein: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Er wählte die Zahl Sieben aus der Überzeugung (abgeleitet von den antiken griechischen Sophisten), dass es einen Zusammenhang zwischen Farben, Musiknoten, Objekten im Sonnensystem und Wochentagen gebe. Das menschliche Auge reagiert relativ empfindlich auf Indigofrequenzen, sodass manche Menschen es nicht von Blau oder Violett unterscheiden können. Daher wurde nach Newton oft vorgeschlagen, dass Indigo nicht als eigenständige Farbe, sondern nur als Violett- oder Blauton betrachtet werden sollte (in der westlichen Tradition ist es jedoch immer noch im Spektrum enthalten). In der russischen Tradition entspricht Indigo der Farbe Blau.

Im Gegensatz zu Newton glaubte Goethe, dass das Spektrum durch die Überlagerung verschiedener Lichtkomponenten entsteht. Als er breite Lichtstrahlen beobachtete, entdeckte er, dass beim Durchgang durch ein Prisma an den Rändern des Strahls rot-gelbe und blaue Kanten erscheinen, zwischen denen das Licht weiß bleibt, und ein Spektrum entsteht, wenn diese Kanten nahe genug aneinander gebracht werden .

Mit der Entdeckung der ultravioletten und infraroten Strahlung im 19. Jahrhundert wurde das Verständnis des sichtbaren Spektrums präziser.

Im frühen 19. Jahrhundert untersuchten auch Thomas Young und Hermann von Helmholtz den Zusammenhang zwischen dem sichtbaren Lichtspektrum und dem Farbsehen. Ihre Theorie des Farbsehens legt richtigerweise nahe, dass drei verschiedene Arten von Rezeptoren zur Bestimmung der Augenfarbe verwendet werden.

Eigenschaften sichtbarer Strahlungsgrenzen

Bei der Zerlegung eines weißen Strahls in einem Prisma entsteht ein Spektrum, in dem Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln gebrochen wird. Im Spektrum enthaltene Farben, also solche Farben, die durch Lichtwellen einer Wellenlänge (oder eines sehr schmalen Bereichs) erzeugt werden können, werden Spektralfarben genannt. Die wichtigsten Spektralfarben (die eigene Namen haben) sowie die Emissionseigenschaften dieser Farben sind in der Tabelle dargestellt:

Entspricht einer monochromatischen Strahlung. Farbtöne wie Rosa, Beige oder Lila entstehen erst durch die Mischung mehrerer monochromatischer Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge.

Auch sichtbare Strahlung fällt in das „optische Fenster“, einen Bereich des Spektrums elektromagnetischer Strahlung, der von der Erdatmosphäre praktisch nicht absorbiert wird. Saubere Luft streut blaues Licht viel stärker als Licht mit längeren Wellenlängen (in Richtung der roten Seite des Spektrums), sodass der Mittagshimmel blau erscheint.

Viele Tierarten sind in der Lage, Strahlung zu sehen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, also nicht im sichtbaren Bereich liegt. Bienen und viele andere Insekten sehen beispielsweise Licht im ultravioletten Bereich, das ihnen hilft, Nektar auf Blumen zu finden. Von Insekten bestäubte Pflanzen sind hinsichtlich der Fortpflanzung günstiger, wenn sie im ultravioletten Spektrum hell sind. Vögel können auch ultraviolette Strahlung (300–400 nm) sehen, und einige Arten haben sogar Markierungen auf ihrem Gefieder, um einen Partner anzulocken, die nur im ultravioletten Licht sichtbar sind.

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✪ Infrarotlicht: jenseits des Sichtbaren

✪ Sichtbare Strahlung

✪ Doppelbrechung (sichtbares Licht)

✪ Über das Sichtbare und das Unsichtbare

✪ Lumineszenz und Phosphoreszenz

Untertitel

Die Menschheit fühlte sich schon immer vom Nachthimmel angezogen. Wir zeichneten Bilder der Sterne, folgten den Planeten, wir sahen Zeichen und Vorhersagen in Himmelsobjekten. Aber es gibt noch so viel Unbekanntes im Universum. Riesige Entfernungen trennen uns von Objekten, die uns helfen würden, Antworten auf die wichtigsten Fragen zu finden: Wie entstanden Galaxien? Wie sind Sterne und Planeten entstanden? Gibt es auf anderen Planeten geeignete Bedingungen für Leben? Um unsere Theorien entwickeln und testen zu können, müssen wir wissen, was im Weltraum passiert. Deshalb entwickeln wir Geräte, die uns helfen, mehr zu sehen. Sie werden immer massiver. Alles ist mächtiger. Alles ist perfekter. Im Laufe der Zeit verließen sich die Astronomen nicht mehr ausschließlich auf das mit bloßem Auge sichtbare Licht. Wenn Sie die Welt um Sie herum betrachten, sehen Sie das, was man „sichtbares Licht“ nennt. Aber sichtbares Licht ist nur eine Form der Strahlung. Im Universum gibt es viele verschiedene Arten von Strahlung. Es ist überall. Unser Körper hat gelernt, sichtbares Licht durch unsere Augen wahrzunehmen. Es hat aber auch gelernt, eine andere Art von Strahlung wahrzunehmen, das Infrarotlicht. Unser Körper empfindet es als Wärme. Diese Infrarotstrahlung wurde vom Astronomen Frederick William Herschel entdeckt. Herschel wusste, dass man mit einem Prisma weißes Licht in verschiedene Farben zerlegen kann. Er wollte wissen, ob verschiedene Farben unterschiedliche Temperaturen haben. Und es stellte sich heraus, dass sie es getan haben! Doch dann maß Herschel die Temperatur des leeren Raums neben der roten Farbe. Es war kein Licht zu sehen, aber die Temperatur war gestiegen. So entdeckte Herschel die unsichtbare Infrarotstrahlung. Jetzt weiß die Menschheit, dass es Arten von Strahlung gibt, die für das Auge unsichtbar sind. Sie könnten überall sein. Überall um uns herum. Wie viele sind es? Warum gibt es sie? Was verbergen sie? Natürlich mussten wir es herausfinden. Energie, die sich in Form von Wellen durch das Universum bewegt, wird elektromagnetische Strahlung genannt. Das gesamte Untersuchungsspektrum, von hochenergetischen Gammastrahlen bis hin zu niederenergetischen Radiowellen, wird als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet. Unsere Augen erkennen nur sichtbares Licht, wir können jedoch Geräte wie Infrarotkameras entwickeln, um andere Arten von Strahlung zu sehen. Diese von Menschen geschaffenen „Augen“ sehen für uns unsichtbares Licht und verwandeln es in ein für unsere Augen verständliches Bild. Objekte können unterschiedliche Arten von Strahlung aussenden. Indem wir das gesamte Spektrum eines Objekts beobachten, können wir das wahre Bild des Objekts erkennen. Wenn wir solche Geräte in den Himmel richten, offenbaren sie den Weltraum in seiner ganzen Pracht. Wenn wir in den Nachthimmel schauen, sehen wir Sterne und Planeten, Galaxien und Nebel nur im sichtbaren Licht. Aber wenn wir Infrarotlicht unterscheiden könnten, würde der Himmel völlig anders aussehen. Erstens kann Infrarotlicht mit langen Wellenlängen Gas- und Staubwolken durchdringen. Kürzere Wellenlängen des sichtbaren Lichts werden beim Durchgang durch solche Partikelcluster blockiert oder gestreut. Es stellt sich heraus, dass wir durch die Beobachtung von Infrarotlicht Objekte sehen können, die Wärme ausstrahlen, selbst durch Gas- und Staubwolken hindurch. Wie zum Beispiel dieser neu entstandene Stern. Objekte, die selbst kein sichtbares Licht aussenden, wie etwa Planeten, können heiß genug sein, um Infrarotlicht auszusenden, sodass wir sie wahrnehmen können. Und indem wir beobachten, wie das Infrarotlicht des Sterns die Atmosphäre durchdringt, können wir die chemische Zusammensetzung des Planeten untersuchen. Der Staubschweif, den ferne Planeten bei ihrer Entstehung hinterlassen, sendet ebenfalls Infrarotlicht aus und hilft uns zu verstehen, wie neue Planeten entstehen. Infrarotlicht hilft uns also, Objekte in der Nähe zu erkennen. Aber darüber hinaus kann er uns erzählen, wie die allerersten Objekte im Universum unmittelbar nach dem Urknall entstanden. Stellen Sie sich vor, Sie schicken einen Brief aus einer Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie zur Erde. Es wird unglaublich lange dauern! Und wenn es endlich ankommt, wird jeder, der es liest, Neuigkeiten erfahren, die Milliarden Jahre alt sind. Das Licht der allerersten Sterne, die sich im jungen Universum bildeten, verhält sich genauso. Er verlässt vor vielen Jahren die Sterne und reist durch den Weltraum, wobei er gigantische Distanzen zwischen Galaxien zurücklegt. Wenn wir es sehen könnten, würden wir Galaxien so sehen, wie sie im frühen Universum waren. Es stellte sich heraus, dass wir die Vergangenheit sehen konnten! Aber leider können wir es nicht sehen. Warum? Weil sich das Universum ausdehnt. Während sich Licht durch den Raum bewegt, wird es durch diese Ausdehnung gedehnt. Die ersten Sterne leuchteten hauptsächlich im sichtbaren und ultravioletten Spektrum, aber durch die Streckung veränderte sich die Wellenlänge des Lichts und wandelte es in Infrarot um. Dieser Effekt wird „Rotverschiebung“ genannt. Die einzige Möglichkeit, das Licht entfernter Sterne zu sehen, das uns erreicht, besteht darin, nach sehr schwachem Infrarotlicht zu suchen. Durch das Sammeln können wir Bilder der allerersten Galaxien erstellen, die im Universum erschienen. Indem wir die Geburt der ersten Sterne und Galaxien beobachten, vertiefen wir unser Wissen über die Entstehung unseres Universums. Wie sich das Universum von den ersten funkelnden Sternen zu den Milliarden von Sternhaufen entwickelte, die wir heute sehen. Was erfahren wir über das Wachstum und die Entwicklung von Galaxien? Wie erlangte das Chaos des frühen Universums Ordnung und Struktur? Die NASA baut derzeit das neue James-Webb-Weltraumteleskop. Mit einem riesigen Spiegel, der Infrarotlicht sammeln kann, und einer Umlaufbahn weit hinter dem Mond wird Webb es uns ermöglichen, den Weltraum zu sehen, wie wir ihn noch nie zuvor gesehen haben. Webb wird auf Planeten, die andere Sterne umkreisen, nach Anzeichen von Wasser suchen. Ich werde Fotos von der Kindheit unseres Universums machen. Wird Sterne und Planetensysteme sehen, die in Staubkokons verborgen sind. Er wird in der Lage sein, Antworten auf die wichtigsten Fragen des Universums zu finden und vielleicht sogar auf diejenigen, für die wir noch keine Zeit hatten, sie zu stellen. Antworten, die uns in Form von Infrarotlicht verborgen bleiben. Wir müssen nur zuschauen. [Infrarotlicht: Jenseits des Sichtbaren] [Wie das James Webb-Teleskop funktioniert] Übersetzung und Untertitel: astronomyday.ru

Geschichte

Die ersten Erklärungen zu den Ursachen des Auftretens des Spektrums der sichtbaren Strahlung lieferten Isaac Newton in seinem Buch „Optics“ und Johann Goethe in seinem Werk „The Theory of Colors“, doch schon vor ihnen beobachtete Roger Bacon das optische Spektrum in einem Glas Wasser. Nur vier Jahrhunderte später entdeckte Newton die Lichtstreuung in Prismen.

Newton war der erste, der 1671 das Wort Spektrum (lateinisch Spektrum – Sehen, Aussehen) in gedruckter Form verwendete und seine optischen Experimente beschrieb. Er entdeckte, dass, wenn ein Lichtstrahl in einem Winkel zur Oberfläche auf die Oberfläche eines Glasprismas trifft, ein Teil des Lichts reflektiert wird und ein anderer Teil durch das Glas dringt und dabei mehrfarbige Streifen bildet. Der Wissenschaftler vermutete, dass Licht aus einem Strom von Teilchen (Körperchen) unterschiedlicher Farbe besteht und dass sich Teilchen unterschiedlicher Farbe in einem transparenten Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Seiner Annahme zufolge bewegte sich rotes Licht schneller als violettes und daher wurde der rote Strahl vom Prisma nicht so stark abgelenkt wie der violette. Dadurch entstand ein sichtbares Farbspektrum.

Newton teilte das Licht in sieben Farben ein: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Er wählte die Zahl Sieben aus dem Glauben (abgeleitet von den antiken griechischen Sophisten), dass es einen Zusammenhang zwischen Farben, Musiknoten, Objekten im Sonnensystem und Wochentagen gebe. Das menschliche Auge reagiert relativ empfindlich auf Indigofrequenzen, sodass manche Menschen es nicht von Blau oder Violett unterscheiden können. Daher wurde nach Newton oft vorgeschlagen, dass Indigo nicht als eigenständige Farbe, sondern nur als Violett- oder Blauton betrachtet werden sollte (in der westlichen Tradition ist es jedoch immer noch im Spektrum enthalten). In der russischen Tradition entspricht Indigo der Farbe Blau.

Die in der Tabelle angegebenen Bereichsgrenzen sind bedingt; in Wirklichkeit gehen die Farben fließend ineinander über und die für den Betrachter sichtbare Lage der Grenzen zwischen ihnen hängt weitgehend von den Beobachtungsbedingungen ab.