doppelte Schatten

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Seltsame Schatten

Schatten

Schirmen Gegenstände das Licht einer Lichtquelle ab, ist es hinter ihnen dunkel – sie werfen einen Schatten. Gibt es zwei Lichtquellen, entstehen auch zwei Schatten. Stehen die beiden Lichtquellen dicht genug beieinander, fällt in den Schatten der einen Lichtquelle zum Teil Licht der anderen Lichtquelle und umgekehrt. Dann bestehen die Schatten aus einem Kernschatten (hier werfen beide Lichtquellen einen Schatten) und dem Halbschatten (hier erzeugt nur eine der beiden Lichtquellen einen Schatten, während von der anderen Licht in diesen Bereich fällt). Nur im Kernschatten ist es völlig dunkel.

Abb. 1 ¦ Doppelschatten bei zwei Lichtquellen Schatten zweier Lichtquellen
BildunterschriftDie Teetasse wirft zwei Schatten: Der untere wird von der Deckenleuchte hervorgerufen (genauer: von einer der drei Halogenlampen der Deckenleuchte), der obere von einer LED-Fahrradlampe, die ich von Hand gehalten habe. Wo die beiden Schatten sich überdecken, ist es merklich dunkler, als dort, wo nur eine der beiden Lichtquellen einen Schatten wirft. Richtig dunkel ist es auch im Kernschatten nicht – die Deckenleuchte hat noch zwei weitere Halogenlampen, das Licht von allen dreien wird von den Wänden und Gegenständen des Zimmers gestreut, außerdem fällt noch Licht durch das Fenster. Dieses wirft keine Schatten, weil der Himmel bedeckt war. Dieses Streulicht fällt auch in die Schattenbereiche und hellt die Schatten auf.Bildunterschrift Ende

Bei zwei Lichtquellen ergeben sich also zwei Abstufungen von Schattenhelligkeit. Bei drei Lichtquellen sind es entsprechend drei usw., bis bei sehr vielen Lichtquellen die Abstufungen nicht mehr scharf voneinander zu trennen sind und der Übergang von Hell nach Dunkel stetig wird. Der Schatten ist unscharf.
Denselben Effekt wie (unendlich) viele Lichtquellen hat eine ausgedehnte Lichtquelle, die man sich aus unendlich vielen Lichtquellen zusammengesetzt denken kann.

Wirklich schwarz sind Schatten selten. Die Luftmoleküle streuen das Sonnenlicht, sodass in einen Schatten, den die Sonne wirft, Licht von anderen Himmelsbereichen fällt und den Schatten aufhellt. Jedes Luftmolekül stellt also im Grunde eine Lichtquelle dar, sodass man sich den Himmel als aus sehr vielen Lichtquellen zusammengesetzt vorstellen kann. Solange der Himmel klar ist, überwiegt die Sonne als Lichtquelle und man nimmt nur den von ihr geworfenen Schatten wahr. Ist der Himmel jedoch dunstig, werden die Schatten mit zunehmender Bedeckung heller und diffuser, bis sie irgendwann verschwinden, weil der Anteil gestreuten Lichtes gegenüber dem direkten Sonnenlicht zunimmt.

Doppelschatten bei nur einer Lichtquelle?

Wie erklärt sich dann aber dieser Schatten? Vielmehr diese beiden Schatten, die das Feuerwehrauto an einem bedeckten Tag auf der Autobahn nach beiden Seiten wirft?

Abb. 1 ¦ Doppelschatten bei einer Lichtquelle seltsamer Schatten einer Lichtquellen
BildunterschriftDieses Foto entstand gegen 17.00, die Sonne schien also von links; war aber nicht zu sehen, der Himmel war bedeckt.
Das Auto vor uns warf trotzdem Schatten, und zwar zwei Stück, oder eigentlich drei: einen nach rechts, einen nach links, und der dritte befand sich direkt unter dem Auto. Mit bloßem Auge schienen beide Seitenschatten dieselbe „Intensität“ zu haben, waren aber deutlich heller als der Schatten direkt unter dem Auto. (Die anderen uns überholenden Wagen zeigten natürlich dasselbe Phänomen.) Man kann sich ja noch erklären, dass die Schatten zur Seite Halbschatten waren und der Schatten unter dem Auto der Kernschatten, weil der bedeckte Himmel als ausgedehnte Lichtquelle wirkte.
Aber wieso sah man den Halbschatten dann nicht auch hinter dem Auto? Der hätte doch rings um das Auto herum überall die gleiche Dunkelheit aufweisen müssen?Bildunterschrift Ende

Die Erklärung für das Phänomen ist eine optische Täuschung. Der bedeckte Himmel wirkt als ausgedehnte Lichtquelle. Er erzeugt einen gleichmäßigen Schatten rund um das Auto. Da neben, vor und hinter dem Auto jeweils immer auch Licht von anderen Himmelsbereichen auftrifft, ist der Schatten dort aufgehellt, unter dem Auto ist es dagegen deutlich dunkler, da hier kaum Streulicht hingelangt. Unter dem Auto liegt also der Kernschatten, ringsherum der Halbschatten.
Nun nimmt aber die Dunkelheit des Schattens nach außen kontinuierlich ab. Blickt man also in Richtung der Dunkelheitsabnahme (oder entgegengesetzt zu ihr, wie man das beim vorausfahrenden Auto tut), kann man keinen Unterschied in der Helligkeit zwischen einem Flächenelement und dem nächsten erkennen. Deshalb ist hinter dem Auto der Schatten nicht wahrzunehmen. Blickt man jedoch auf die seitlichen Schattenbereiche, sieht man die Schatten gegen die helleren Straßenbereiche vor und hinter dem Schatten und nimmt diesen großen Helligkeitsunterschied leicht wahr. So entsteht der Eindruck, das Auto hätte nur zu den Seiten einen Schatten.

Dass der rechte Schatten etwas stärker wirkt, liegt an der Sonne, die sich durch den bedeckten Himmel doch noch leicht durchsetzen konnte.

© Wiebke Salzmann, Januar 2014

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