Das Spektrum des Lichts

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Publikation:	12.8.2008
Herkunft:	Sonnentaler, Berlin

Licht ist normalerweise nicht einfarbig sondern besteht aus einer Überlagerung von Licht verschiedener Farben (von Lasern ausgestrahltes Licht ist die Aus­nahme von der Regel, diese strahlen im Allgemeinen einfarbiges Licht aus). Aber was ist eigentlich "einfarbiges" Licht?

Am Anfang stand die Beobachtung, dass sich zum Beispiel Sonnenlicht mit Hilfe eines Prismas in verschiedenfarbiges Licht zerlegen lässt und dass sich wieder weißes Licht ergibt, wenn man dieses verschiedenfarbige Licht erneut "zusam­menführt". Die dabei beobachteten Farben entsprechen den Farben des Re­genbogens. Das folgende Foto zeigt Sonnenlicht, das mit Hilfe eines Prismas in seine "Bestandteile" zerlegt wurde.

Abb. 1: Das Spektrum von Sonnenlicht

Um diesen Effekt sehen zu können, benötigt man aber nicht unbedingt ein Prisma (und man muss auch nicht auf einen Regenbogen warten): Manchmal sieht man die Zerlegung des Sonnenlichts in seine Farben auch an Gegen­ständen aus Glas, an Seifenblasen, in einer Pfütze, auf der sich ein Ölfleck ausgebreitet hat, oder wenn man z. B. flach von der Seite auf eine CD schaut.

Isaac Newton, der Begründer der Gravitationstheorie, interessierte sich auch sehr für optische Phänomene. Er stellte die Theorie auf, dass Licht aus Teil­chen besteht und dass weißes Licht aus verschiedenfarbigen "Licht­teilchen" zusammengesetzt ist. Heute wissen wir, dass er damit gar nicht so falsch lag. Zunächst setzte sich aber eine andere Theorie durch, die des Lichts als Welle.

Mit der Wellentheorie ergibt sich sofort eine anschauliche Erklärung für die verschiedenen Farben: Diese resultieren aus den verschiedenen Wellenlängen bzw. Frequenzen (Wellenlänge und Frequenz sind gerade umgekehrt proportio­nal zueinander – je höher die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge und um­gekehrt). Die Wellenlänge des Lichts lässt sich messen. So hat z. B. Licht im Bereich zwischen Grün und Blau (Türkis) eine Wellenlänge von ca. 500 nm; das ist ungefähr ein Zweitausendstel eines Millimeters, was einer Frequenz von ca. 600 THz (Terahertz) oder 600 Billionen Schwingungen pro Sekunde ent­spricht.

Einfarbiges Licht ist damit Licht von genau einer Wellenlänge und Frequenz. Mit einem optischen Gerät wie einem Prisma lässt sich Licht in seine einfarbigen Bestandteile zerlegen. Diese haben die bekannten Farben des Regenbogens.

Abb. 2: Das sichtbare Spektrum des Lichts (Quelle: Horst Frank, Wiki Commons)

Diese Farben gehen kontinuierlich von Violett (kürzeste Wellenlänge bzw. höchste Frequenz) über Blau, Türkis, Grün, Gelb, Orange bis zu Rot (mit der längsten Wellenlänge bzw. der niedrigsten Frequenz). Jede der auftretenden Farben kann genau einer Wellenlänge und Frequenz zugeordnet werden. Alle Farben, die hier nicht auftauchen, sind eine Überlagerung aus diesen "Grund­farben" – so ist zum Beispiel Weiß eine Überlagerung all dieser Farben.

Wie im einführenden Teil "Was ist eigentlich Licht" dargelegt wurde, hat Licht auch Teilchencharakter: Man kann es als aus kleinen "Energiepaketen" beste­hend betrachten. Dies ist die moderne Version von Newtons Teilchentheorie des Lichts, wie sie von Max Planck und Albert Einstein begründet wurde. Jedes dieser Lichtteilchen, auch "Photon" genannt, trägt eine ganz bestimmte Ener­giemenge, die gleich­zeitig die Farbe bestimmt. Je niedriger die Energie, desto rötlicher ist das Licht. Ent­sprechend gilt: Je höher die Energie, desto bläulicher (oder violetter) ist das Licht. Tatsächlich ist diese Energiemenge direkt pro­portional zur Frequenz des Lichts.

Das Spektrum endet weder bei Violett auf der einen noch bei einem dunklen Rot auf der anderen Seite. Es gibt auch Licht von noch kürzerer und noch längerer Wellenlänge. Licht dieser Wellenlängen kann unser Auge jedoch nicht wahr­nehmen, es ist für uns unsichtbar. Das sichtbare Licht – also die Farben, die wir mit unserem Auge sehen können – ist nur ein winziger Ausschnitt aus dem gesamten elektro­magnetischen Spektrum (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Spektrum elektromagnetischer Wellen. Der Bereich des für uns sichtbaren Lichts stellt lediglich einen vergleichsweise winzigen Ausschnitt dar.

Jenseits des violetten Lichts fängt der ultraviolette Bereich an; jenseits des roten Lichts der infrarote Bereich. Ultraviolettes Licht ist zum Beispiel für Sonnenbrand verantwortlich (andererseits brauchen wir es, damit in unserem Körper Vitamin D produziert wird – ganz ohne es würden wir unter Rachitis leiden!). Infrarotes Licht wird von allen warmen Gegenständen abgestrahlt (deswegen wird sie umgangssprachlich oft als "Wärmestrahlung" bezeichnet).

Tiere, deren Augen anders aufgebaut sind als unsere, können dieses für uns unsichtbare Licht zum Teil sehen: Die Welt stellt sich für sie deshalb in ganz anderen Farben dar. Bienen können zum Beispiel auch ultraviolettes Licht sehen. Manche Blüten, die für uns unscheinbar aussehen, reflektieren ultra­violettes Licht und werden von Bienen deshalb besonders gerne angeflogen. Schlangen dagegen können auch im infraroten Bereich des Spektrums sehen. Das ermöglicht es ihnen, Beutetiere aufgrund ihrer Körper­wärme auch im Dunkeln zu finden.

Geht man vom roten und infraroten Licht weiter zu noch größeren Wellen­längen, kommt man in den Bereich der Mikrowellenstrahlung (wie sie z. B. im Mikrowellenherd oder beim Handy Anwendung findet) und anschließend in den Bereich der Radiowellen (Fernsehen, Radio). Auf der anderen Seite folgen auf die ultraviolette Strahlung die Röntgenstrahlung, die Gammastrahlung (wie sie von manchen radioaktiven Substanzen ausgestrahlt wird) und schließlich Strahlung mit noch höheren Frequenzen (kürzeren Wellenlängen). Solche hoch­frequente Strahlung trifft ständig aus dem Weltraum auf die Erde, wird aber glücklicherweise fast vollständig von der Erdatmosphäre abgefangen, so dass wir vor ihr geschützt sind.

Letzte Aktualisierung: 18.10.2017