Das Poster
Das Spektrum elektromagnetischer Strahlung/Wellen
Physikalisch betrachtet besteht das Licht der Sonne aus elektromagnetischen Wellen im Bereich von Radiowellen bis zur Röntgenstrahlung.
Elektromagnetische Wellen charakterisiert man durch ihre Wellenlänge (im Bereich der Radiowellen ist auch die Frequenz üblich). Die Wellen haben eine Ausbreitungsrichtung und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit (etwa 300000km pro Sekunde). Je kleiner die Wellenlänge, desto mehr Energie
hat die Welle.
Das Licht ist etwa 8.5 Minuten von der Sonne zur Erde unterwegs
Der sichtbare Bereich der elektromagnetischen Wellen reicht von violett bis zu dunkelrot. In der Summe nimmt das Auge
diese Farben als “weiß” wahr. Bei einem Regenbogen sieht man diese Farben, da die Wassertröpfchen das Sonnenlicht wie ein Prisma zerlegen.
Blaues und violettes Licht hat eine kleinere Wellenlänge als das rote Licht, ist also energiereicher. Noch energiereicher ist die ultraviolette (UV) Strahlung, die man nicht sehen kann aber die ebenfalls Bestandteil des Sonnenlichts ist. Sie schädigt die Haut und verursacht unter anderem “Sonnenbrand”.
Die ebenfalls unsichtbare Infrarotstrahlung mit größerer Wellenlänge empfindet man auf der Haut als wärmend.
Auf dem Weg zur Erdoberfläche durchläuft das Sonnenlicht die Atmosphäre. Dabei wird ein Teil des blauen Lichts an
kleinen Teilchen gestreut, der Himmel erscheint blau. Dem Licht, welches auf die Erdoberfläche auftrifft, fehlt jedoch dieser blaue Lichtanteil. Die Sonne erscheint daher leicht gelblich. An Wassertröpfchen, also Wolken, wird das Licht reflektiert. Daher erscheinen die Wolken weiß.
Je länger der Weg des Sonnenlichtes durch die Atmosphäre ist, desto mehr ultraviolettes Licht wird herausgefiltert
(absorbiert). Aus diesem Grund bekommt man im Hochgebirge leichter einen Sonnenbrand als am Meer.
Betrachtet man die Sonne bei unterschiedlichen Wellenlängen, können Details sichtbar werden (Sonnenflecken, Sonnenfackeln, …). Dies ist hilfreich, um Aufbau und Abläufe innerhalb der Sonne verstehen zu können.
Quelle: SDO, NASA
Mit Hilfe von Satelliten kann die Sonne auch im ultravioletten Licht beobachtet werden. Die Einfärbung ist in diesem Fall willkürlich, da ultraviolettes Licht vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird.
Quelle: SOHO (ESA & NASA)
Auch im Bereich der Radiowellen kann die Sonne beobachtet werden. Die Aufnahme zeigt die Sonne bei einer Wellenlänge
von 6cm (5 GHz). Die Auflösung ist jedoch infolge der deutlich größeren Wellenlänge der Radiowellen gegenüber dem sichtbaren Licht schlechter.
Quelle: NRA
Ein paar Details …
Die Energie, die unsere Sonne freisetzt, besteht fast vollständig aus elektromagnetischer Strahlung. Nur ein kleiner Teil sind Teilchen, welche von der Sonne ausgestoßen werden und sich durch das Sonnensystem bewegen. Die Energiemenge dieser Teilchen wird bestimmt durch ihre Masse und ihre Geschwindigkeit (kinetische Energie).
Elektromagnetische Strahlung, auch elektromagnetische Wellen genannt, werden charakterisiert durch ihre Wellenlänge (oder auch Frequenz, bei langwelliger Strahlung). Die Energie der Strahlung ergibt sich dabei aus der Wellenlänge. Je kürzer die Wellenlänge, umso größer die Energie. Mit immer kürzer werdender Wellenlänge bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung als Radiowellen, Infrarotstrahlung (IR), sichtbares Licht, Ultraviolettes Licht (UV), Röntgenlicht und Gammastrahlung.
Gammastrahlung wird von der Sonne nicht abgestrahlt, wohl aber Röntgenstrahlung. Diese lebensschädliche Strahlung wird durch die Erdatmosphäre vollständig herausgefiltert. Dies gilt auch für einen Teil der UV-Strahlung. Lediglich ein Teil der langwelligeren UV-Strahlung dringt durch die Erdatmosphäre durch und verursacht auf der Haut den Sonnenbrand.
Die Infrarotstrahlung (IR) wird teilweise von der Erdatmosphäre herausgefiltert. Den langwelligen Bereich der IR nehmen wir als Wärmestrahlung wahr.
Sichtbares Licht reicht von den Farben dunkelrot bis dunkelviolett. In der Mischung werden diese Farben von unserem Auge als weißes Licht wahrgenommen.
Mit Hilfe eines Prismas oder beispielsweise durch Wassertröpfchen kann das weiße Licht zerlegt werden und in den Regenbogenfarben sichtbar werden.
Wird die Intensität einzelner Farbbereiche verringert, beispielsweise die blauen Bereiche etwas gedämpft, verändert sich die Mischfarbe von weiß nach gelblich oder gar rötlich.
Beim Weg durch die Erdatmosphäre wird ein Teil des blauen Lichtes an kleinen Teilchen gestreut (Rayleigh-Streuung). Dadurch erscheint der Himmel blau. Die Intensität des blauen Bereichs des Lichtes wird dabei verringert und das auf die Erdoberfläche fallende Sonnenlicht erscheint leicht gelblich bis rötlich (bei Sonnenauf- und untergang).
Für Beleuchtungszwecke sind heute Leuchten im Handel, die mit unterschiedlichen Leuchtmitteln ausgestattet werden können. Diese Leuchtmittel werden dabei mit den Bezeichnungen “warmweiß”,”neutralweiß” und “kaltweiß” unterschieden. Oft werden auch die Zahlenwerte 3000K, 4000K und 6000K angegeben.
3000K entspricht dem normalen Sonnenlicht auf der Erdoberfläche, 4000K dem Licht am Mittag und in größerer Höhe und 6000K dem ungefilterten Sonnenlicht außerhalb der Erdatmosphäre. Dieses Licht hat einen hohen Blauanteil und ist für das menschliche Auge völlig unbekannt. Daher werden Gegenstände unter kaltweißer Beleuchtung völlig anders wahrgenommen, als bei warmweißer oder neutralweißer Beleuchtung. Ein hoher Blauanteil im Licht kann aber auch gesundheitlich negative Folgen haben: Nächtliche Arbeit am Computerbildschirm verzögert das Einschlafen, da die Produktion des Schlaf-Hormons Melantonin unterdrückt wird. Insekten werden von Lichtquellen mit erhöhtem Blauanteil (z.B. in nächtlicher Straßenbeleuchtung) verstärkt angezogen, verschwenden dadurch unnötig Energie oder verbrennen an den Lampen.
Hinter den Zahlenwerten von z.B. 4000K stecken Temperaturwerte, wobei “K” für Kelvin steht. Die Temperaturwerte geben die Temperatur des Körpers an, der ein Strahlungsspektrum (Plancksches Strahlungsgesetz) mit einem Maximum in einem spezifischen Wellenlängenbereich (Wiensches Verschiebungsgesetz) und einem spezifischen Intensitätsmaximum (Stefan-Boltzmann-Gesetz) abstrahlt (auch Schwarzkörperstrahlung genannt).