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Physik im Alltag und Naturphänomene

Schneeflocken mal hell, mal dunkel

mal_hell_mal_dunkel_rvSchlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 47/1, S. 48

Je nachdem, ob Schneeflocken vor einem hellen oder dunklen Hintergrund gesehen werden, erscheinen sie dunkel oder hell. Ist dieser Farbunterschied real oder eingebildet?

Die Schneeflocken sind alle demselben Sonnen- und Himmelslicht ausgesetzt, sie streuen das Licht in gleicher Weise. Daher müssen alle Flocken gleich hell oder gleich dunkel sein. Der vermeintliche Helligkeitsunterschied ist deshalb nichts als das Ergebnis einer optischen Täuschung (obere Abbildung: Bitte aufs Bild klicken, um den unscheinbaren Effekt in der Vergrößerung sehen zu können).
Davon kann man sich leicht überzeugen, wenn man den Kontext, also den jeweiligen Hintergrund ausblendet oder abdeckt. Man kann auch in einem Bildbearbeitungsgramm eine helle Flocke vor dunklem Hintergrund herauskopieren und vor den hellen Hintergrund verschieben. Mit großem Erstaunen wird man feststellen, dass der scheinbare Helligkeitsunterschied nicht mehr vorhanden ist. Erst der Kontext macht den Text; das sieht man hier einmal mehr eindrucksvoll bestätigt.
Die weißen Schneeflocken absorbieren im Unterschied zur übrigen Landschaft wenig und reflektieren einen Großteil des einfallenden Lichts. Deshalb sind sie auf jeden Fall heller als dieser Hintergrund, aber dunkler als der Himmel, von dem sie den wesentlichen Teil des Lichts bekommen, jedenfalls von der Seite von der man sie in der Abbildung sieht. Dieses Beispiel zeigt, dass optische Täuschungen nicht unbedingt künstlich hergestellt werden müssen (untere AbbiOptische_Täuschung Kopieldung: Der Balken innerhalb des von Schwarz nach Weiß verlaufenden Hintergrunds ist einfarbig grau.). Auch die Natur kann uns narren.

Ein weiteres Phänomen ist auf dem Bild zu sehen: Die Sonne erscheint größer als sie normalerweise ist und ist außerdem von einem hellen Hof umgeben. Ursache ist die Streuung des Lichts an den Eiskristallen der Schneeflocken. Die Streuzentren sind zwar vergleichsweise groß, was vor allem für eine Streuung in Vorwärtsrichtung spricht. Aber eine leichte seitliche Streuung ist auch noch vorhanden, welche die Aufhellung in „Sonnennähe“ hervorruft. Bis zu einer gewissen Intensität „rechnet“ unser visuelles System dieses Streulicht noch der Sonne zu. Unterhalb dieser Intensität wird das Streulicht bis zu einer bestimmten Ausdehnung als Lichthof um die Sonne angesehen. Das hängt damit zusammen, dass sowohl bei der Wahrnehmung als auch bei der Fotografie ab einer bestimmten Intensitätsschwelle die Sensoren gesättigt sind.

Weitere optische Täuschungen in freier Natur haben wir bereits früher beschrieben. Siehe inbesondere: „Optische Täuschungen im Alltag“, „Der Scheinriese im Säulengang“ und „Kippfiguren in freier Natur„.

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