Lichtwissen
Unsere Augen und das Licht
Sep
Mehr als 80 Prozent aller Informationen nehmen die Menschen über die Augen auf. Unsere Augen sind unser wichtigstes Sinnesorgan. Doch, wie funktionieren unsere Augen? Welche Funktionen besitzen die einzelnen Teile?
In unserem Blogbeitrag «Was ist Licht» beschreiben wir, dass Licht der sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung ist. Das menschliche Auge ist nur für einen kleinen Bereich innerhalb des elektromagnetischen Spektrums empfänglich. Die Wellenlänge der sichtbaren Strahlung liegt zwischen 380nm und 780 nm. Dank unseren Augen können wir rund 150 Farbtöne aus dem Spektrum des sichtbaren Lichts unterscheiden und zu einer halben Million Farbwerte kombinieren. Die Augen nehmen die elektromagnetischen Wellen des Lichts auf und verwandeln sie in eine Folge von Nervenimpulsen. Diese werden an das Gehirn weitergeleitet und es entsteht das eigentliche Bild unserer Umwelt. Das Gehirn errechnet aus dem Bild vom rechten Auge und dem Bild vom linken Auge einen räumlichen Eindruck. So kann der Mensch dreidimensional sehen und auch Entfernungen gut abschätzen.
Von der Hornhaut zur Netzhaut
Ein Teil des Auges funktioniert ähnlich wie eine Kamera. Vorne am Auge ist die durchsichtige Hornhaut, etwa einen halben Millimeter dick. Sie ist unser persönliches Fenster. Das Licht trifft als erstes auf die Hornhaut und wird gebündelt. Das gebündelte Licht wird dann durch die vordere Augenkammer zur Pupille weitergeleitet.
Bildquelle: Wikipedia
Die Pupille ist die runde Öffnung in der Iris (Regenbogenhaut), der farbige Teil des Auges. Die Iris arbeitet wie eine Kamerablende. Bei Dunkelheit weitet sich die Öffnung (Pupille), bei Helligkeit wird die Öffnung kleiner.
Die dahinter liegende Linse bündelt das Licht weiter und macht das Scharfsehen für uns überhaupt erst möglich. Das Lichtbündel gelangt dann durch den Glaskörper hinter der Linse auf unsere Netzhaut (auch Retina genannt).
Die Netzhaut umringt den inneren Augapfel und besteht aus weit über 100 Millionen Sehzellen. Sie lassen sich in zwei Typen unterscheiden: die lichtempfindlichen Zapfen und die Stäbchen.
- Die Zapfen reagieren bei Helligkeit und sind verantwortlich für das Tag- und Farbsehen. Sie ermöglichen auch das Scharfsehen.
- Die Stäbchen übernehmen die Arbeit, wenn es dunkel wird und wir nur noch Umrisse und Grautöne sehen. Diese Stäbchen-Sehzellen sind hoch empfindlich für Helligkeiten, aber sehr unempfindlich für das Farbsehen.
Die Sehzellen setzen das Licht in Nervenimpulse um. Diese Impulse werden über den Sehnerv an das Gehirn weitergleitet. ABER: Das von Linse und Glaskörper erzeugte Bild steht auf dem Kopf. Kein Problem für unser grandioses Gehirn, es dreht das Bild sofort ohne Zeitverzögerung um 180° Grad.
Adaptation
Unsere Augen haben die Fähigkeit, sich an unterschiedliche Helligkeitsstufen anzupassen. Diese Fähigkeit nennt man Adaptation. An diesem Prozess sind Rezeptoren auf der Netzhaut, Pupille und Iris beteiligt. Wie schnell die Adaption auf andere Lichtverhältnisse geht, hängt von der Leuchtdichte ab, also von der Helligkeit, die eine beleuchtete Fläche hervorruft. Glatte helle Flächen haben eine viel höhere Leuchtdichte als z.B. dunkle Stoffe. Interessanterweise macht es für die Adaptionsfähigkeit einen grossen Unterschied, in welche Richtung sich das Licht verändert:
- Unsere Augen sind problemlos in der Lage, sich innert wenigen Sekunden auf einen Wechsel von dunkel nach hell einzustellen.
- Ein Wechsel von hell nach dunkel braucht hingegen mehr Zeit; hier kann die Anpassung etliche Minuten dauern!
Woher kommt dieser Unterschied?
Bei der Hell- Dunkel-Adaptation, auch Dunkeladaptation genannt, stellen die Augen von einer hellen auf eine dunkle Umgebung um. Die Zapfen werden entlastet, die Stäbchen kommen zum Einsatz, wie weiter oben beschrieben. Die Folge davon ist, dass die Sehschärfe wie auch die Farbwahrnehmung schwächer wird. Gleichzeitig weitet sich auch die Pupille, damit möglichst viel Licht auf die Netzhaut treffen kann. Nun müssen die Stäbchen natürlich «erkennen», dass es dunkel wird – dies hängt von der Rhodopsin-Konzentration ab. Rhodopsin ist ein Pigment, das in den Stäbchen gebildet wird. Wird es dunkel, müssen die Augen eine grössere Menge dieses Pigments produzieren. Dies kann bis zu 45 Minuten dauern. Erst dann ist die Adaptation abgeschlossen.
Beim Gegenteil, der Helladaptation, gewöhnen sich unsere Augen von einer dunklen Umgebung an eine helle. Hier zieht sich einfach die Pupille zusammen, sodass weniger Licht auf die Netzhaut treffen kann. Dieser Prozess passiert im Gegenteil zur Dunkeladaptation sehr schnell.
Quelle: Wikipedia