Sichtbarer Bereich des Spektrums?

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4 Antworten

Hallo Emmalarley,

uiuiuiui sind das viele Fragen, ich hoffe ich schaffe es, da etwas Klarheit reinzubringen.... Ich finde es toll, dass Du so viele Fragen stellst.

Licht kann sich im Raum wie eine Welle ausbreiten. Bestimmt hast Du als Kind schöne Sonnenstrahlen an Deine Sonne gemalt. So ungefähr können wir uns das Licht, das in unsere Augen fällt vorstellen: Wie eine einfallende Welle.

Wellen sind ja so etwas wie eine Abfolge aus Wellenberg und Wellental. Die bestimmen, wie die Welle genau aussieht: Wellenberge können sehr dicht aufeinander folgen oder das Ganze kann eher langgestreckt sein, so dass zwischen zwei Wellenbergen mehr Platz ist. Auch können die Wellenberge höher sein oder flacher.

Welle ist also nicht gleich Welle.

Den Abstand zwischen zwei Wellenbergen nennt man die Wellenlänge. Nach einer Wellenlänge ist die Schwingung der Welle vollendet. Strahlung mit einer kleinen Wellenlänge hat also einen kleinen Abstand zwischen den Wellenbergen und entsprechend viele, eng aufeinander folgende Schwingungen, Wellen mit großer Wellenlänge haben größere Abstände zwischen den Wellenbergen.

Die mit einer Welle einfallende Energiemenge hängt beim Licht davon ab, wie eng die Wellenberge zueinander stehen, wie hektisch die einfallende Welle also schwingt. Je kürzer die Wellenlänge einer Strahlung, desto mehr Energie transportiert sie, je länger die Wellenlänge ist, desto weniger Energie transportiert sie.

So weit ungefähr klar?

Wenn eine Lichtwelle in unser Auge fällt, dann fällt mit ihr also auch eine bestimmte Energiemenge auf die Zellen unserer Netzthaut. Diese Energiemenge können unsere Zellen verarbeiten... oder eben nicht. Die Sehzellen in unseren Augen sind nur für bestimmte Wellenlängenbereiche empfindlich. Eine Sehzelle "guckt" also eigentlich nur, ob im einfallenden Licht auch Wellen dabei sind, die aus einem bestimmten, recht engen Wellenbereich stammen. Wenn das der Fall ist, verarbeitet die Sehzelle diese einfallende Welle in einen elektrischen Impuls ans Gehirn. Eine Art Meldung "da war wieder was bei Wellenlänge xy".

Erst das Gehirn macht aus den vielen, vielen eintreffenden solchen Meldungen ein Gesamtbild. Und dabei wird der Wellenlänge xy dann eine Farbe zugeordnet. Irgendwie muss das Gehirn im erzeugten Bild ja unterscheiden, wenn verschiedene Zellen für verschiedene Punkte des Bildes unterschiedliche Wellenlängen gemeldet haben.

"Farbe" entsteht also, so merkwürdig das klingt, in unserem Kopf. Das, was von außen "reinkommt", sind nur Wellen unterschiedlicher Wellenlängen.

So weit ungefähr klar?

Im normalen Sonnenlicht sind Wellen aller möglichen Wellenlängen drin. Eine Mischung sozusagen. Genau deshalb gibt es einen Regenbogen, wenn Sonnenlicht auf Wassertröpfchen fällt. Im Wassertröpfchen werden nämlich Wellen verschiedener Wellenlänge in verschiedene Richtungen abgelenkt. Die einzelnen im Licht enthaltenen Wellenlängen treffen unser Auge dann aus unterschiedlichen Richtungen - und wir sehen es nach Farben sortiert: Regenbogen eben.

Im Sonnenlicht sind aber noch Wellenlängen mit drin, für die die Sehzellen in unseren Augen nicht empfindlich sind. Einfach deshalb, weil ihre Wellenlänge größer oder kleiner ist als der Bereich, den unsere Sehzellen verarbeiten können. Wir sehen diese Strahlung deshalb nicht, wissen aber, dass sie da ist:

Zum Beispiel wirst Du braun oder kriegst Sonnenbrand vom Sonnenlicht. Das bewirkt (hauptsächlich) ein Teil des Sonnenlichtes, den wir nicht sehen können, weil seine Wellenlänge zu kurz ist für unsere Sehzellen. Das ist die UV-Strahlung. Ihre Wellenlänge ist noch ein wenig kürzer als die des von uns als "violett" gesehenen Lichtes. Einige Tiere - Bienen zum Beispiel - können diese Wellen noch sehen, wobei wir nicht wissen können, welchen Farbeindruck sie dabei haben.

Mikrowellen dagegen sind erheblich langwelliger als die Wellen, die wir sehen können. Bei Mikrowellen beträgt der Abstand zwischen zwei Wellenbergen einige Millimeter bis einige Zentimeter. Dagegen können unsere Augen Wellenlängen sehen im Bereich von einige hundert Nanometer (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter).

Tatsächlich finden sich im Sonnenlicht Anteile über alle möglichen Wellenlängen, also Wellen extremst kurzer Wellenlänge bis hin zu Wellen mit sehr langer Wellenlänge. Jede diese Wellenlängen hat andere Effekte, weil sie eben abhängig von ihrer Wellenlänge unterschiedlich viel Energie mitführt und auf Organismen übertragen kann. Der Wellenlängenbereich, den unsere Sehzellen verarbeiten können, ist ein winziger Ausschnitt aus dem ganzen "Spektrum" unterschiedlicher Wellenlängen.

Extrem kurze Wellenlänge haben die "Gammastrahlen". Dann folgen in Richtung zunehmender Wellenlänge die Röntgenstrahlen, das UV, der sichtbare Bereich, das Infrarot, die Mikrowellen, der Radiobereich und schließlich die Wärmestrahlung.

Mikrowellen sind also physikalisch nicht anders als Röntgenstrahlung oder sichtbares Licht, sondern haben einfach eine längere Wellenlänge und übertragen daher weniger Energie. Sie regen Zellen deshalb anders zum Mitschwingen an als energiereichere Strahlung.

So weit ungefähr klar?

Was hat das Ganze jetzt mit Astronomie zu tun?

Astronomie könnten wir ohne das gar nicht betreiben, denn alle Informationen über weit entfernte Sterne steckt im Licht, das diese Sterne ausstrahlen.

Wie gesagt: Im Sonnenlicht sind alle möglichen Wellenlängen vertreten. Die Sonne strahlt alle möglichen Wellenlängen ab. Wir können mit geeigneten Instrumenten also die Sonne auch im Wellenlängenbereich des UV "ansehen" oder im Radiowellenbereich. Und nicht nur die Sonne, sondern alle Sterne.

Alle Sterne strahlen Licht über alle möglichen Wellenlängen ab. Aber bei verschiedenen Sternen ist die Menge von Strahlung, die in einem bestimmten Wellenlängenbereich abgestrahlt wird, unterschiedlich. Ein Stern muss also nicht "grün" oder "gelb" sein. Er kann aber mehr oder weniger Lichtanteile im UV aussenden. Oder mehr oder weniger Anteile im Radiobereich...

Ein sehr heißer Stern strahlt anteilig mehr energiereiche Strahlung aus als ein weniger heißer Stern. Entdecken wir irgendwo im All eine Quelle von Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen, müssen da Prozesse ablaufen, die viel Energie freisetzen oder die abstrahlende Materie extrem heiß und kompakt sein. Außerdem können wir im Spektrum sehen, welche chemischen Elemente in der Atmosphäre der Sterne vorliegen, denn jedes chemische Element hinterlässt eine Art Fingerabdruck im ausgesendeten Licht des Sternes: Ein Element verschluckt nämlich das Licht einzelner Wellenlängen. Wir sehen im Spektrum der Sterne fehlende Wellenlängen, schwarze Streifen, an deren Lage wir ablesen können, welche Elemente vorliegen und auch, ob sie ionisiert sind.

Aus der exakten Lage der fehlenden Wellenlängen sehen wir außerdem, ob sich die Lichtquelle auf uns zubewegt oder sich von uns entfernt. Denn dann werden die typischen Linien im Spektrum verschoben.

Wir sehen im Licht eines Sterns, ob er von Planeten umkreist wird, denn dann sinkt seine Helligkeit periodisch minimalst ab oder wir sehen, dass er ebenfalls um einen gemeinsamen Schwerpunkt rotiert.

Kurz: Das Licht, das wir auf allen möglichen Wellenlängen aus dem All empfangen, das ist wie ein Buch, das uns alles, was wir wissen wollen über das Universum erzählen kann, wenn wir es nur lesen können.

Ungefähr klar?

Vielleicht schaust Du auch einmal in folgende Texte, wo das auch sehr schön erklärt ist:

http://www.leifiphysik.de/optik/elektromagnetisches-spektrum

http://www.sonnentaler.net/dokumentation/wiss/optik/weiter/spektrum/

Über das LIcht der Sterne erzählt auch Florian Freistetter hier anschaulich in seinem Podcast:

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/06/05/sternengeschichten-folge-132-obafgkm-die-spektraklassen-der-sterne/?all=1

Ich hoffe, das hilft Dir auf der Suche nach Antworten etwas weiter.

Grüße


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Kommentar von Iamiam
27.08.2016, 14:09

DH! ich denke, dass sich die verschiedenen Antworten samt Kommentaren wunderbar ergänzen!

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Kommentar von Emmalarley
27.08.2016, 16:41

Vielen Dank! Ich habe jetzt fast alles verstanden. Nur eine Sache ist mir immer noch nicht klar. Also, ich weiß jz, dass die Sonne oder auch andere Sterne Teile von UV, Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und so ausstrahlen können. Aber mit dem sichtbaren Bereich, das hab ich noch nicht so ganz verstanden. Also, da sind ja verschiedene Farben aufgelistet. Und kann ein Stern dann sozusagen diese Farben auch ausstrahlen? Also kann ein Stern blau strahlen? Ich kann mir das irgendwie nicht vorstellen, weil ich dachte, dass alle Sterne weiß sind.

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Kommentar von Emmalarley
27.08.2016, 16:55

Und, mit den Wellen. Ist das dann also so, dass je höher und kurzer die Welle, desto kleiner ist der Abstand von 2 aufeinander folgenden Wellen und sie transportiert mehr Energie. Und je tiefer und länger die Welle, desto weniger Energie transportiert sie? Hat das auch was mit der Höhe zu tun? Und dann ist doch "Mikrowelle" irgendwie kein so passender Name, weil die Mikrowellen ja länger als die Gammastrahlen sind und Mirko ja klein bzw. kurz heißt. Das verwirrt doch dann total. 

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Hast Du mal einen Regenbogen gesehen?

Rot-orange-gelb-grün-blau-(violett)

Rot-gelb-grün kannst du Dir ohnehin leicht merken, Rot+Gelb = Orange kennst Du auch. und jenseits des grün kommen noch blau und zuinnerst das Violett (oft nur erahnbar).

Das Ultraviolett (= jenseits des Violett) können wir nicht sehen (Bienen können das!), ebenso nicht das Infrarot (lateinisch: infra = darunter, unter, unterhalb)

Die Energie von Infrarot liegt unterhalb der des sichtbaren Lichts, die von Ultraviolett oberhalb, innerhalb des sichtbaren Lichts stuft sich das ebenfalls ab.

Die Sonne strahlt alle Farben (auch die für unser Auge nicht sichtbaren) ab, die normale Sonnen[-Mischfarben-]beleuchtung nennen wir weiß (so ungefähr). Mit einem Prisma kann man dieses Weiß in Farben aufspalten, die Tropfen der Regenwand einer abziehenden Schauerwolke haben die gleiche Wirkung (wenn auch viel komplizierter zu erklären).

Röntgen- und noch stärker Gammastrahlen sind sehr energiereich, aber bei entsprechend intensiver Strahlung kann man auch mit langwelligem Infrarot und Mikrowellen Energie  übertragen (Infrarotheizplatten, µWellen-Herde)

Bemerkung am Rande, vllt hilfts zum merken: Wir können knapp eine Oktave (kennst du vllt aus der Musik) sehen, nämlich von ca.400 nm (äusserstes violett) bis ca 800 nm (allerdunkelstes Rot) Wellenlänge. (Die Wellenlänge ist um so kleiner, je höher die Energie ist: reziproke Beziehung)

sollte erst mal reichen.

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Kommentar von Emmalarley
27.08.2016, 13:18

Dankeschön. Und was hat das mit den Sternen zu tun? Und wenn man das Licht mit einem Prisma bricht, also das von der Sonne, sieht man dann also den sichtbaren Bereich? 

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Kommentar von Iamiam
27.08.2016, 13:52

Astronomie hab ich vergessen:

A:) Stichwort Fraunhofersche Linien: die Seite

https://de.wikipedia.org/wiki/Fraunhoferlinie

zeigt ein schönes Spektrum, dessen dunkle Linier aub die Elemente in der Sonnen"atmosphäre" hinweisen.

B:) Rotverschiebung:  Je weiter ein Stern entfernt ist, desto mehr ist sein Spektrum ins Rote verschoben. Das kommt von der Ausdehnungsbewegung des Alls. Die Korrelation zwischen Entfernung und Rotverschiebung wurde schon vor über 100 Jahren von Hertzsprung und Russell im Hertzsprung-Russell-Diagramm dargestellt, wenn auch noch nicht ganz verstanden. http://lexikon.astronomie.info/sterne/hrd/

C:) Je nach Alter und Größe der Sterne leuchten Sterne mehr blau oder rot. Um das von der o.g. Rotverschiebung durch die Entfernung unterscheiden zu können, benutzt man die unter A:) genannten Fraunhoferlinien, deren Muster NUR VON DER ROTVERSCHIEBUNG ABHÄNGIG sich verschiebt.

D:) Kreisen zwei Sterne umeinander, verschiebt sich das Spektrum ebenfalls, aber periodisch: Läuft er in seiner Kreisbewegung von uns weg, verschiebt sich alles ins rot, läuft er auf uns zu, in Richtung blau. Zwar nur minimale, aber deutlich messbare Effekte. Der zweite Stern des Paares zeigt die gegenläufige Verschiebung, aber ggf auf Basis einer anderen temperaturbedingten Grundfarbe.

Das sind nur die wichtigsten der astronomischen Effekte, die man im sichtbaren Licht beobachten kann.

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Wellen sind eine Energieform. Es gibt lange Wellen, kurze Wellen - und eben mikro Wellen. Du kannst dir das ein bisschen wie auf See vorstellen - lange, flache Wellen haben wenig Energie - kurze hohe Wellen haben viel Energie.

Treffen diese Wellen jetzt wiederum auf einzelne Moleküle, werden diese verändert. Durch die Veränderung entsteht eine Farbe. Trifft jetzt noch zusätzlich Licht auf die Welle, dann hast du eine sichtbare Farbe.

In der Astronomie z.B. wird dieses Wissen bei der so genannten Rot/Blau Verschiebung angewand. Sterne, senden eine blaue Welle, welche aufgrund der Ausdehung des Universuns rot wird.

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Kommentar von HanzeeDent
27.08.2016, 12:47

Licht IST doch diese Welle. Eben eine elektromagnetische Welle im sichtbaren Frequenzbereich.

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Kommentar von Emmalarley
27.08.2016, 12:51

Und was ist dieser sichtbarere Bereich des Spektrums? Also diese ganzen Farben? Sterne haben doch keine Farben? Und hat das auch was mit Teleskopen zu tun? 

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Ein paar Definitionen:

Sichtbarer Bereich des Lichts: 380 nm bis 780 nm

n = 10^-9 (nano)

Von Mikrowellen spricht man ab einer Frequenz von 1 GHz

G = 10^9 (Giga)

Anderer Definition für Mikrowellen: Wenn die Wellenlänge in die Größenordnung der Bauteile kommt...(~ 30 cm)

Licht größerer Frequenz ist energiereicher als Licht kleinerer Frequenz.

Wegen c = lambda * f

kann man auch sagen, dass Licht kleinerer Wellenlänge energiereicher ist als Licht größerer Wellenlänge.

c: Lichtgeschwindigkeit (~ 300 000 km/s)

lambda: Wellenlänge

f: Frequenz

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