Unsere Sonne schickt ja Licht mit unterschiedlichen Frequenzen zur Erde. Trägt man die Intensität des Lichts gegen die Wellenlänge auf, dann sieht man, dass das Maximum bei einer Lichtwellenlänge von etwa 500 Nanometern (also ein 2000tel Millimeter) liegt. Ziemlich genau in diesem Bereich liegt auch die maximale Empfindlichkeit unserer Augen. Es liegt also nahe, anzunehmen, dass diese beiden Dinge etwas miteinander zu tun haben – unsere Augen haben sich ja im Laufe der Evolution angepasst. Leider entspricht diese – weit verbreitete – Idee nicht der Wahrheit.
Bevor ich erkläre, warum das so ist, muss ich erst mal ein Geständnis loswerden: Bis vor kurzem stand das auch in einem meiner Vorlesungsskripte genau so wie oben erzählt. Klingt ja auch plausibel, warum sollte man es also nicht für korrekt halten?
Bevor ich erkläre, wo das Problem steckt, hier erst einmal ein Bild des Sonnenspektrums (Bild von Robert A. Rohde, aus Wikipedia):
R.A. Rohde, CC BY-SA 3.0, LinkIn gelb seht ihr das Spektrum der Sonne an der Oberkante der Atmosphäre, in rot das, was unten ankommt. Die einzelnen markierten Moleküle sind die, die in der Atmosphäre einiges vom Licht absorbieren. Die blaue Linie gibt schließlich das theoretische Strahlungsspektrum eines idealen Körpers an, der eine Temperatur von 5250°C hat. Die Detail sind für uns aber gar nicht so wichtig, wichtig ist, dass ihr erst einmal seht, dass es ein klares Maximum bei etwa 500 Nanometern (1Nanometer=1 Millardstel Meter) gibt. Für das was kommt, können wir die Feinheiten der Absorption erst einmal ignorieren.
Ebenfalls eingezeichnet ist der Bereich des sichtbaren Lichts.
Hier als nächstes ein Bild der Lichtempfindlichkeit unserer Augen:
Maxim Razin , CC BY-SA 3.0, Link
Eingezeichnet ist die Empfindlichkeit der Augen für die drei Grundfarben sowie die Lichtempfindlichkeit der Stäbchen, die für’s Sehen bei wenig Licht zuständig sind. (Wenn ihr mehr über unser Farbsehen wissen wollt, klickt hier.) Auch hier sind die Details nicht so wichtig, aber dass insbesondere die Stäbchen ihr Empfindlichkeitsmaximum ziemlich genau in dem Bereich habe, wo auch das Maximum des Sonnenspektrums oben liegt, ist hoffentlich gut zu erkennen.
Wo also steckt das Problem? Dazu muss man sich angucken, was die Kurve des Sonnenspektrums, die ich oben gezeigt habe, eigentlich genau bedeutet. Dargestellt ist ja die Lichtintensität als Funktion der Wellenlänge. Die Einheit für die Intensität ist Watt pro Quadratmeter pro Nanometer. Watt ist die Einheit der Leistung (also der Energie pro Zeiteinheit), und die wird auf einen Quadratmeter normiert, weil – na klar – auf eine größere Fläche auch mehr Sonnenlicht fällt. (Deswegen kann man mit einer Lupe ja auch kokeln: Man sammelt das Licht, das auf einen großen Bereich fällt und fokussiert es auf einen kleinen Punkt.)
Und warum wird die Strahlungsleistung in Watt pro Quadratmeter noch einmal durch einen Wert in Nanometern geteilt? Nun, wir wollen ja wissen, wieviel Licht bei einer bestimmten Wellenlänge ausgesandt wird. Die Wellenlänge ist aber eine reelle Zahl; man kann sie prinzipiell mit sehr hoher Genauigkeit angeben. Es ergibt nicht so schrecklich viel Sinn, sich zu fragen, wieviel Licht bei einer Wellenlänge von 502,65387245617 Nanometern ausgesandt wird. Also muss man die Lichtleistung irgendwie passend normieren. In der Grafik ist entsprechend angeguckt, wie groß die Strahlungsleistung pro Nanometer ist – ihr könnt euch also vorstellen, dass man erst alles Licht misst, das eine Wellenlänge zwischen 500 und 501nm hat, dann alles zwischen 501 und 502 usw. Ganz ähnlich würde man es auch machen, wenn man zum Beispiel die Körpergröße von Menschen statistisch angibt – dann könnte man sagen, in Deutschland leben (rein geraten) 1,34 Millionen Menschen mit einer Größe zwischen 172 und 173cm, 1,41Millionen mit einer Größe zwischen 173 und 174cm und so weiter.
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