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14.04.11 · 12:12 Uhr
Was wäre wenn wir Radiowellen sehen könnten?
Kategorie: Naturwissenschaften·Technik · Kommentare: 35
Das Licht das wir mit unseren Augen sehen können stellt nur einen kleinen Ausschnitt des gesamten elektromagnetischen Spektrums dar. Zu dem gehören auch Wärme bzw. Infrarotstrahlung, UV-Licht, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Mikrowellenstrahlen oder Radiostrahlen. Die verschiedenen Arten der elektromagnetischen Strahlung unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre unterschiedliche Wellenlänge. Und das wir Menschen gerade den Teil der Strahlung mit Wellenlängen zwischen 380 und 640 Nanometern ist doch Zufall, oder?
Naja - kompletter Zufall auch wieder nicht. Die genauen Gründe sind komplex und Evolutionsbiologe kann das sicher detaillierter erklären. Eine Rolle spielt hier zum Beispiel unsere Sonne die die meiste Energie bei Wellenlängen von etwa 500 Nanometern aussendet. Das entspricht der Farbe grün (und die Leserinnen und Leser dürfen gerne spekulieren, warum die Sonne nicht grün aussieht bzw. warum es generell keine grünen Sterne gibt) und hat so auch die Entwicklung des - grünen - Chlorophylls, des pflanzlichen Lebens auf der Erde und damit des gesamten Lebens beeinflusst. Aber über die biologischen Hintergründe will ich eigentlich gar nicht sprechen.
Es gibt nämlichr auch Lebewesen die andere Wellenlängenbereiche des elektromagentischen Spektrums wahrnehmen können. Bienen sehen zum Beispiel auch das kurzwellige Ultraviolettlich das für uns Menschen unsichtbar ist. Das hat natürlich auch dazu geführt das die Blumen im UV-Licht ganz anders aussehen als wir es gewohnt sind. Denn sie müssen ja die Bienen anlocken und nicht uns Menschen und wenn wir Blüttenblätter nur einfarbig sehen dann sind sie für die Bienen vielleicht interessant gemustert um ihnen den Weg ins Zentrum zu erleichtern. Andere Tiere wiederum - z.B. Schlangen - können das langwelligere Infrarotlicht sehen das wir nur als Wärme spüren können. Aber sowohl die UV- als auch die Infrarotstrahlung liegen direkt neben dem für uns sichtbaren Bereich des Lichts. Und das ist kein Wunder denn die Wellenlänge des Lichts bestimmt das, was wir "sehen" können.
Wenn Strahlung eine Wellenlänge von beispielsweise einen Meter hat, dann wird man damit nichts sehen können, was kleiner ist. Objekte die nur einen Zentimeter groß sind, sind für diese Art der Strahlung quasi unsichtbar weil die elektromagnetischen Wellen einfach darüber hinweg gehen. Wir Menschen müssen aber Dinge und Details sehen können, die kleiner als ein Zentimeter oder Millimeter sind bzw. es hat sich im Laufe der Evolution für uns als nützlich herausgestellt. Und daher ist es auch nicht verwunderlich, dass wir gerade die Wellenlängen wahrnehmen die unser sichtbares Licht darstellen.
Aber könnte das irgendwo anders sein? Gibt es vielleicht Aliens, die z.B. Radiostrahlung sehen können? Wie würde die Welt für uns aussehen, wenn wir Radiowellen sehen könnten?
Das kann man sich leicht ausrechnen. Die relevante Größe hier ist das Auflösungsvermögen. Dieser Wert bestimmt, wie nahe zwei Objekte aneinander sein können um immer noch als getrennte Objekte wahrgenommen zu werden. Für die Berechnung des Auflösungsvermögen gibt es eine einfache Formel:
Dabei ist λ die Wellenlänge der Strahlung um die es geht, D der Durchmesser der Öffnung des Beobachtungsinstruments und θ ist der Winkel (angegeben in Radiant)der das Auflösungsvermögen angibt. Ein Beispiel macht vielleicht klar, wie das funktioniert. Benutzen wir die Formel oben um zu berechnen, wie groß die kleinsten Strukturen sind, die wir mit freiem Auge gerade noch am Mond wahrnehmen können.
Unser Beobachtungsinstrument ist also das Auge, d.h. wir nehmen für D den Durchmesser der Pupille - das sind etwa 2 Millimeter bzw. 0.002 Meter. Für die Wellenlänge des sichtbaren Lichts setzen wir 550 Nanometer bzw. 0.00000055 Meter. Wir errechnen also daraus, dass der Sinus des Winkels θ gleich 0.0003355 ist bzw. das θ gleich 0.0003355 ist (für sehr kleine Winkel ist der Sinus eines Winkels quasi mit dem Winkel identisch). Radiant ist allerdings eine sehr unanschauliche Einheit also rechnen wir um (ein Radiant sind 57.3 Grad) und sehen, dass unser Auflösungsvermögen in diesem Fall 1,15 Bogenminuten entspricht (ein Grad enthält 60 Bogenminuten). Das entspricht auch gut der alten Faustregel demnach das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges in etwa einer Bogenminute entspricht.
Was können wir uns nun unter einer Bogenminute vorstellen? Der gesamte Himmel umfasst 360 Grad (normalerweise sehen wir aber nur die Hälfte weil die andere unter dem Horizont versteckt wird). Jedes Objekt nimmt nun einen gewissen Winkelbereich am Himmel ein. Der Vollmond beispielsweise hat eine Größe von etwa einem halben Grad bzw. 30 Bogenminuten. Das Auflösungsvermögen unseres Auges ist besser als das und deswegen können wir auch Details sehen. Wir wissen das der Mond ungefähr 370000 km von der Erde entfernt ist. Damit können wir nun auch ausrechnen, wie groß eine Struktur ist, die in dieser Entfernung gerade eine Bogenminute entfernt ist. Dazu benutzt man entweder die grundlegenden Rechenregeln der Trigonometrie oder aber gehen einfach wieder zurück zum Auflösungsvermögen, angegeben in Radiant und multiplizieren das mit der Entfernung Erde-Mond. Das geht nämlich schneller und gibt genau das gleiche Ergebnis: etwa 130 Kilometer!
Mit unserem Auge können wir also theoretisch alles am Mond sehen, was größer als 130 km ist. Kleinere Strukturen können aber nicht mehr aufgelöst werden. Um das zu ändern braucht man entweder ein größeres D oder ein kleineres λ. Man muss also entweder das Auge größer machen oder elektromagnetische Strahlung mit kürzerer Wellenlänge für die Beobachtung verwenden. Letzteres wird in der Astronomie oft gemacht - hier wird schon lange das komplette elektromagnetische Spektrum ausgenutzt. Die Augen vergrößern geht allerdings nicht - dafür können wir aber Teleskope bauen die wesentlich größere Durchmesser haben als unsere Pupille mit 2 Millimetern.
Und wie wäre es mit der Radiostrahlung? Wir können die gleiche Rechnung wie oben nochmal durchführen nur das wir diesmal statt der 550 Nanometer des sichtbaren Lichts die Wellenlänge der Radiostrahlung nehmen. Die kann sich von einigen Dezimetern bis zu einigen Kilometern erstrecken; der Einfachheit nehmen wir eine Wellenlänge von einem Meter; das ist auch ungefähr der Bereich in dem Funk und Fernsehen senden. Wiederholen wir die Rechnung von oben, erhalten wir in diesem Wellenlängenbereich ein Auflösungsvermögen von 35000 Grad! Wir könnten mit unserem Auge also absolut nichts erkennen und wären blind. Um hier eine mit dem sichtbaren Licht vergleichbare Auflösung zu erhalten müssten unsere Pupillen schon einige Kilometer durchmessen! Und das ist dann doch eher unwahrscheinlich; selbst für Aliens.
Wenn wir allerdings Radiostrahlung sehen könnten, dann wäre der Himmel ein sehr interessanter Anblick. Also nicht, dass er das jetzt nicht wäre! Aber wir würden ganz neue Strukturen und Objekte sehen. Momentan ist das größte Objekt an unserem Nachthimmel der Vollmond (sieht man mal von der Milchstrasse ab). Die Winkelausdehnung der Andromedagalaxie wäre zwar z.B. größer (fünfmal größer als die des Mondes!) aber ihre Flächenhelligkeit ist zu gering als das wir sie in ihrer ganzen Pracht ohne Hilfsmittel sehen könnten. Mit der Fähigkeit, Radiostrahlung zu sehen könnten wir aber noch ganz andere Anblicke geniessen. Zum Beispiel die Radiostrahlung der Galaxie Centaurus A. So wie die anderen Galaxien hat auch die im Zentrum ein supermassives schwarzes Loch. Im Gegensatz z.B. zur Milchstrasse ist es aber aktiv, d.h. Material fällt immer noch ins Loch und dabei wird Strahlung abgegeben; auch Radiostrahlung in zwei gewaltigen Jets ins All geschickt. Die sind über eine Million Lichtjahre lang und trotzdem Centauraus A 14 Millionen Lichtjahre weit weg ist nehmen ihre Radiojets an unserem Himmel immer noch einen Bereich ein, der 200 Mal größer ist als der Vollmond. Und wenn wir das sehen könnten, dann sähe das vielleicht so aus:
Das sind die Radioteleskope des Australian Telescope Compact Array (ATCA) - und jetzt wisst ihr auch, warum Radioteleskop immer so groß sein müssen! - über denen der Vollmond steht. In das Bild montiert sind Radiomessungen die mit diesen Teleskopen an den Jets von Centaurus A durchgeführt worden sind. Es ist die bisher detaillierteste Aufnahme eines Radiojets und man hat einige Jahre daran gearbeitet!
Sehr cool! Und wieder einmal bestätigt sich: Der Geist sieht so viel mehr als das Auge!.
Autor: Florian Freistetter· 35 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (35)
Martin Bäker hat etwas zu der Historie der Farbwahrnehmung bei Menschen geschrieben:
http://www.scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/02/warum-die-dinosaurier-wahrscheinlich-an-der-farbenblindheit-schuld-sind.php
Fand ich sehr interessant.
Schön! Wunderschön! Hach und die Gesteinsmikroskopie unterm Polarisationsmikroskop war auch in meinem Studium das ""Schönste" - visuell zumindest. Das bleibt lange hängen. Schöner Artikel!
bräuchte ich dann kein radio mehr ? ;)
@FF
danke für diesen artikel... er ist nicht nur interessant sondern er entschädigt mich gerade für den monologartigen vortrag meines dozenten :)
Hi Florian,
beim lesen deines Artikels ist mir gerade eine dicke Bildungslücke meinerseits aufgefallen. Ich lese gerade zum ersten mal das es aktive und inaktive schwarze Löcher gibt. Könntest du mir vielleicht erklären was man genau unter "inaktiv" zu verstehen hat und wie es dazu kommt das schwarze Löcher inaktiv werden?
Ich dachte bis jetzt immer, dass wenn einmal die kritische Masse zur Entstehung eines schwarzen Loches erreicht ist, permanent Materie angezogen und "verschluckt" wird.
*Klugscheissmodus ON*:
"Funk und Fernsehen" senden mitnichten nur bei ca. 1mtr. Wellenlänge. "Funk", (in diesem Fall UKW-Rundfunk) ist zwischen 87 und 108 MHz zugange, das ist grob 3 mtr..
Fernsehen hingegen sendet (in "Restbeständen") noch bei 6 mtr. (Band I um 50 MHz), ansonsten deutlich jenseits von 1 mtr.. In Deutschland z.T. noch in Band III (174-203 MHz, also um 1.6 mtr.), ansonsten in der Hauptsache im UHF-Bereich von 470-862 MHz, also von 60cm bis rund 30cm.
*Klugscheissmodus OFF* ;-)
Ansonsten: schön geschrieben.
K.
@ketam1n: "Ich dachte bis jetzt immer, dass wenn einmal die kritische Masse zur Entstehung eines schwarzen Loches erreicht ist, permanent Materie angezogen und "verschluckt" wird. "
Ne, schwarze Löcher sind keine Staubsauger: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/01/schwarze-locher-sind-keine-staubsauger.php
Inaktive schwarze Löcher haben einfach alles in ihrer Umgebung schon eingesammelt und sitzen jetzt ruhig in der Gegend rum ;)
@Kapi: "*Klugscheissmodus ON*"
Klugscheissen ist zwar manchmal interessant - aber ich habe ja extra "ungefähr" geschrieben. Damit war in etwa die Größenordnung gemeint. Und da stimmt 1 Meter durchaus. Es sind ja weder Millimeter, noch Dekameter.
Klasse Artikel !! Sehr interessant. Was müsste man den tun um die alten Objekte von der Nasa auf dem Mond erkennen zu können? Also mit einem Teleskop !
gruß
@MisterX: nebenan gibts die Antwort:
Klick mich
@MisterX: "Was müsste man den tun um die alten Objekte von der Nasa auf dem Mond erkennen zu können? Also mit einem Teleskop ! gruß "
Na rechne es dir doch aus ;) Du brauchst in die Formel nur Wellenlänge Lambda und Auflösungsvermögen Theta (berechnet um etwa 2 Meter große Objekte in 370000 km Entfernung sehen zu können) einsetzen und kriegst sofort den nötigen Teleskopdurchmesser raus. Irgendwo in nem Blogeintrag hab ich das schonmal vorgerechnet. Liegt im Kilometerbereich...
ähm, Florian ... dass die Sonne ihr Strahlungsmaximum bei 500nm hat mit der Entwicklung von Chlorophyll in Verbindung zu bringen, ist vielleicht etwas gewagt und wenn, dann nur über ziemliche Umwege wirklich zusammenhängend. Denn - Chlorophyll absorbiert vorwiegend rotes und blaues Licht (weshalb es ja auch grün erscheint).
Wär ja wohl erfolgreicher für die Pflanzen dann grünes Licht zu absorbieren, wenns denn von dem mehr gibt.
Aber - blaues Licht wird am meisten in der Atmosphäre verstreut (weshalb der Himmel auch blau ist) und kommt daher von allen Seiten aufs Blatt, während rotes Licht am wenigsten verstreut wird und daher am fokusiertesten von der Sonne aufs Blatt kommt.
Daher machen diese Absorptionen für die Pflanzen Sinn. Chlorophyll ist also grün, weil unsere Atmosphäre das sichtbare Licht eben so streut, wie sie das eben tut.
... ich habe gerade ein Verständnisproblem.
Was passiert, wenn ich in einer Wellenlänge von 1m durch eine Öffnung von 1m schauen will?
sin(x)=1.22 ?
Oder welche physikalischen Gründe verbieten das?
@ähm: wilde Vermutung: die Beugung? Sieht nach der Abbeschen Abbildungsformel aus (aber ohne genauer nachgelesen zu haben). Woher allerdings die 1.220 nun genau kommen...
Hey,
kleine Anmerkung, man sieht als Mensch schon noch weiter als 650nm, >700nm sieht man noch ganz gut, mit mehr Leistung sieht man als dunkles rot auch noch über 800nm. ;-)
Die v(lambda) Kurve sieht da zwar nach 0 aus, dem ist aber nicht so.
Tipp, Razer Diamondback oder Logitech Lasermäuse, alles oberhalb 800nm, Logitech afaik so 820-850nm so stabil sind die Dioden nicht.
Auch manche Fernbedienungen sieht man noch sehr sehr schwach und wenns richtig dunkel ist, Philips scheint da mit recht starken LEDs zu arbeiten.
Sehen wollte ich so lange Wellenlängen aber nicht dauerhaft, für einen Tag ja. Stellt euch mal vor wie hell es wäre, 100W Glühbirne? Nur mit Schweißbrille zu ertragen.
Die eigenen Finger würden auch ein wenig durchscheinend aussehen, IR Strahlung geht da relativ gut durch.
Durchs Augenlid übrigens auch, mit Schlafen ist dann nicht mehr.
Das wird auf jeden Fall eine ziemlich abgefahrene Erfahrung, das rauschende Farbenmeer einer Blumenwiese muss dann total abgefahren wirken...
p.s. ich hab heut meinen gehässigen Tag. Den Mobilfunk/W-LAN/Strahlenhassern wünsche ich es an den Hals eine Woche bis ins 10m Band sehen zu können. Inklusive durchs Bild fliegenden Fähnchen die ihm erklären was jetzt zu was gehört.
"Durchs Augenlid übrigens auch, mit Schlafen ist dann nicht mehr." – Würde der Mensch Infrarot sehen können, hätten sich die Augenlider selbstverständlich im Laufe der Evolution anders entwickelt. Lider, die keinen Schlaf erlauben, wären recht sinnlos (außer zur Befeuchtung des Augapfels).
@Roland: Sehr viele Fischarten können die Augen nicht schliessen und schlafen trotzdem. Ist alles irgendwo reine Kopfsache...
...
.....
Ich habe mal vor vielen, vielen Jahren eine SF-Geschichte gelesen, da sind Astronauten in einem Sonnensystem mit recht dunkler Sonne auf einem Planeten gelandet und haben dort die Lebewesen beobachtet. Das erste, was auffiel, war, das die "Menschen" dort alle blind durch die Gegend stolperten. Nach einer Weile kam man hinter das Geheimnis. Wegen der dunklen Sonne sahen die Menschen nicht mit Licht, wie wir es kennen sondern mit der Wellenlänge von Radar, dieses sendete die Sonne nämlich ordentlich aus. Die Astronauten hatten aber den Planeten vor ihrer Landung mit Radar gescannt und das war für die Wesen dort ungefähr so, als wenn unsere Sonne eine Million mal heller leuchten würde. Sie waren alle geblendet.
Ok, es ist SF, aber egal, wie realistisch es ist, zeigt es doch, wie viel der Mensch zerstören kann, selbst ohne Absicht.
Na ja, fiel mir halt jetzt dazu ein.
@Durgwin: "Chlorophyll ist also grün, weil unsere Atmosphäre das sichtbare Licht eben so streut, wie sie das eben tut. "
Naja, ein bisschen hängt das dann ja auch von der Strahlung ab die von der Sonne kommt. Aber du hast recht, ich hab das nicht genau ausgeführt; ich hatte darüber auch keine genauen Informationen das waren nur Sachen die ich mal in ner Vorlesung gehört habe. Ist aber schon länger her und es kann durchaus sein, dass sich die Vorstellungen seitdem etwas geändert haben.
Hallo Florian,
sehr schöner Artikel und so macht Wissenschaft spaß.
Aber in einer Sache bin ich doch nachdenklich geworden:
Warum gibt es eigentlich keine "grüne" Sonne bzw. grüne Sterne? Warum keine "Rosa-Sterne"?
@Ex-Esoteriker:
Bei der Nasa bzw auch bei Youtube gibt es eine schöne Erklärung, die ist zwar auf Englisch, aber selbst bei Verständnisproblemen reichen die Graphen vlt schon aus:
http://www.youtube.com/watch?v=m8GXpk8PZ-o
@ green,
danke für das Video.
Also ich habe es so verstanden (sehr schöne Hintergrundmusik übrigens), dass der grüne Farbanteil regelrecht in den Farbanteilen von Rot bzw. Blau "untergeht", dasselbe mit Violett/Rosa.
Sehr interessant.
Wow jetzt habe ich wieder ein paar echte coole Hintergrundbilder :D
Danke fuer den Artikel!
Hat mich motiviert gestern nacht wieder mal Feynmans Vorlesungen zu lesen. Im Kapitel ueber "Farbensehen" fand ich, dass die Zapfenzellen im Auge gelbe Farbe 5 mal staerker wahrnehmen als gruene. Seit gestern mittag hat mich das Problem der "gruenen" Sonne schon sehr beschaefitg.
@Constantin: "m Kapitel ueber "Farbensehen" fand ich, dass die Zapfenzellen im Auge gelbe Farbe 5 mal staerker wahrnehmen als gruene. Seit gestern mittag hat mich das Problem der "gruenen" Sonne schon sehr beschaefitg. "
Ist aber nicht der einzige bzw. genaue Grund warum die Sonne nicht grün ist ;)
@Ex-Esoteriker:
Ja genauso ist es auch. Hoch lebe der "Schwarze Strahler" :)
Vermutlich spielt noch eine Rolle, dass auf der Erdoberflaeche die Intensitaet von gruenem um gelbem Licht im Spektrum der Sonne durch die Atmosphaere gleich gross wird.
Radiowellen können wir nicht sehen, weil sie aus eigenschaftsgeordneten Photonenclustern bestehen und wir die Photoneneinschläge oberhalb einer bestimmten Frequenz nicht interpretieren können. Oberhalb von rund 100 Hz verschwimmen Schwankungen und unterhalb einer Photonenfrequenz von rund 3e14Hz nehmen wir ein Photon nicht mehr wahr. Sehen können wir daher nur primäre Photonen und keine Photonencluster oberhalb von 100 Hz.
Schwarze Strahler und "höher" sind die einzigen Primärphonenstrahler.
@paule"eigenschaftsgeordneten Photonenclustern, Primärphonenstrahler"
Bitte was???
"@paule"eigenschaftsgeordneten Photonenclustern, Primärphonenstrahler""
Eso + Ostern + Quantenverschobene Rumeier = 100% Bullshitgarantie
"Bitte was??"
"....Primärphotenstrahler" sollte es natürlich heißen :)
""....Primärphotenstrahler" sollte es natürlich heißen :)"
Der Quantenzirkulierende Eierwärmer macht doch genau das gleich....
"Primärpfotenstrahler" könnte es auch heissen,
oder: Die Feuermodi von einer ASMD-Shock Rifle "Primär: Photonenstrahler" http://www.xlarge1.com/unreal4.htm , ganz schlimme Waffe übrigends!
Ich glaube nicht, daß Herr Freistetter mit seinem "Bitte was?" deine Rechtschreibung gemeint hat.
Wenn Du, Paule, übrigens der Paule bist, der vor drei Jahren die Kommentarabteilung von
http://www.final-frontier.ch/Kleiner_Einstein heimgesucht hat, dann will ich mir
schonmal Popcorn und Bier bereitlegen, denn dann wird es hier sicher noch lustig werden.
"Der Quantenzirkulierende Eierwärmer "
Oh mann das war doch geheim
noch son ding und du landest wieder bei den Affen im Käfig...