Neulich machte ich im Hafen von Stockholm die Beobachtung, dass Sonnenlicht sich im Wasser nochmals zu Strahlen bündelt (hängt vermutlich auch mit dem Linseneffekt kleiner Wellen zusammen). Diese Strahlen liefen alle auf den Sonnengegenpunkt zu. Allerdings waren sie nicht immer geradlinig, sondern schienen homogen auch gebogen zu sein. Direkt im Sonnengegenpunkt waren sie nicht mehr so deutlich sichtbar, wie beispielsweise 45° davon entfernt. Hier ein paar Bilder dieses Effektes:
Sonnengegenpunkt liegt hier hinter mir, weil ich auf einer Brücke stehe
Ich musste als erstes an den Effekt der Glorie denken, aber das kann man hier wohl ausschließen, da im Wasser keine kleinen Tröpfchen mehr vorkommen. Hat jemand eine Idee oder weiß, was das für ein Effekt ist?
Die Strahlen entstehen bei nur schwachen Wellengang auf der Oberfläche nicht ganz klarer Gewässer. Jede Unebenheit der Wasseroberfläche wirft einen Licht- und Schattenstrefen, alle parallel zur Linie Sonne-Auge, die im Sonnengegenpunkt, also im Schatten unseres Kopfes scheinbar (perspektivisch gesehen) zusammenlaufen.
nachdem wir (Christian und Christian) Deine Antwort gelesen hatten wollten wir nicht recht daran glauben. Unser Kopf macht es uns machnmal ganz schön schwer ein dreidimensionales Gebilde in ein zweidimensionales Foto umzusetzen, aber die Simualtion bestätigt interessanterweise Deine Aussage. Hätte es ehrlich zuerst nicht gedacht. Nun, nachdem ich die halbe Nacht noch vor dem Einschlafen und beim Aufwachen gegrübelt habe, kann ich Deinen Gedanken noch etwas ergänzen.
Zunächst einmal scheint es wirklichso zu sein, dass das Sonnenlicht (wie Du ja geschrieben hast) durch die kleinen Wellen (die wie Linsen wirken) zu gebündelten Lichtstraheln führen. [Die Lichtstrahlen laufen ab der Wellenlinse zu ihrem Brennpunkt hin, der strahl wird also dünner, dann kreuzen sie sich im Brennpunkt (der sehr verwaschen und diffus ist, weil die Linse nicht sauber geschliffen ist) und gehen danach wieder auseinander: es entsteht ein scheinbar recht geradliniger Lichtstrahl]. Durch die Lichtbrechung läuft der Lichtstrahl aber in einem stärkeren Winkel bezogen zur Wasseroberfläche durch das Wasser, als er eintritt. Alle strahlen laufen dann im Mittel (es stimmt nämlich nicht exakt für jeden Strahl) parallel, aber nicht mehr parallel zur Linie Sonne-Auge, weil nämlich das Wasser den Lichtstrahl bricht. (Wir hatten bei den Aufnahmen eine Sonnenhöhe von 30°, dies führt dazu, dass der Lichtstrahl nun mit 50° bezogen zur Wasseroberfläche im Wasser nach unten verläuft.)
Zusammenfassung: Nun laufen lauter parallele Lichtstrahlen mit 50° zur Oberfläche durch das trübe Wasser. Dort stößt das Licht auf Dreckpartikel, die das Licht wieder in alle Richtungen reflektieren (also nicht wie bei Halos oder Regenbögen, sondern wie jeder x-beliebige Gegenstand). Eigentlich müßten wir jetzt die vielen Strahlen als parallele Stäbe sehen. Unser Hirn wäre dabei nicht wirklich in der Lage diese im Sonnengegenpunkt zu vereinen, da der Kopf mit der Tiefenperspektive arbeitet und die Linien parallel bleiben würden, anstatt auf einen Punkt zuzulaufen.
Nehmen wir uns nun einen einzelnen Staubpartikel. Von ihm gehen jetzt viele Lichtstrahlen in alle Richtungen aus. In jedes unserer Auge eines. Dabei legen die Strahlen zum linken und zum rechten Auge einen unterschiedlichen Weg zurück. Der Strahl zum linken Auge wird an einem anderen Punkt aus dem Wasser treten als der zum rechten Auge. Dies führt dazu, dass a) minimal unterschiedliche Austrittswinkel entstehen (anderer Brechungswinkel, Ausnahme: der Sonnengegenpunkt, aber da ist eh Schatten) und b) das Wasser gewellt ist und den Lichtstrahl ohnehin anders bricht. Die Folge ist, dass das Licht von unserem einzelnen Staubpartikel nicht mehr sauber in den Augen ankommt und die dritte Dimension nicht mehr wahrgenommen werden kann. Das Bild wird vom Auge (genauso wie von der Kamera) nun nur noch zwiedimensional gesehen.
Diese Zweidimensionalität führt nun tatsächlich dazu, dass alle Straheln scheinbar im Sonnengegenpunkt zusammenlaufen (wie Du ja schon geschrieben hast).
Nun gibt es zwei seltsame Beobachtungen: 1) Im oberen Bild verlaufen die Strahlen mit 50° bezogen zur Oberfläche im Wasser, ich blicke im Mittel mit etwa 40° auf das Wasser, also quasi senktrecht auf den Strahl im Wasser. Nun müßten alle Strahlen parallel verlaufen. Wieso tun sie trotzdem auf einen Punkt zulaufen? 2) Im mittleren Bild verlaufen die Strahlen nicht sauber auf den Sonnengegenpunkt zu, sondern sie sind leicht gebogen, wirken etwas wie die Magnetfeldlinien am Pol der Erde, wie kann das sein?
Beides hat vermutlich die selbe Antwort. Wenn man auf das Wasser blickt, dann verändert sich der Blickwinkel bezogen zur Wasseroberfläche. Von einer Brücke aus schaue ich direkt zu meinen Füßen fast senkrecht auf das Wasser, je weiter in der Ferne ich die Wasseroberfläche betrachte, desto geringer wird mein Winkel (bezogen zur Wasseroberfläche). Beim senkrechten Blick gibt es keine Lichtbrechung. Je flacher ich auf das Wasser sehe und je kleiner der Winkel zur Wasseroberfläche wird, desto größer wird der Blickeintritts (oder Lichtaustrittswinkel), den man in der Physik meist als alpha bezeichnet. Desto größer wird die Lichtbrechung. Da der Betrachter (auch die Kamera) die Lichtbrechung nicht berücksichtigt erscheint der dargestellte Lichtstrahl im Wasser in der Verlängerung der Strecke von Lichtaustrittsstelle an der Wasseroberfläche zum Auge, also weiter hinten. Im ersten Bild führt das dazu, dass die Strahlen weiter hinten scheinbar auseinanderlaufen (sie sind aber noch gerade, da bei relativ geringen Eintrittswinkeln bis etwas 50° (bezogen auf die Senkrechte zur Wasseroberfläche) die Brechung ziemlich homogen abläuft. Im mittleren Bild ist es so, dass man schon sehr schräg auf die Wasseroberlfläche blickt, man erreicht damit Eintritts-(bzw. Austritts-)winkel von mehr als 50 Grad (am Sonnengegenpunkt exakt 60° - errechnet sich aus der Sonnenhöhe von 30°) hier ist es so, dass die Brechung nicht mehr homogen zunimmt sondern sie verstärkt. Zum Sonnengegenpunkt wird das Licht also vermehrt gebrochen, uns erscheint der Strahl daher gebogen.
Unabhängig davon (weil man mit dem Verlauf der Sonnenstrahlen blickt), verkürzen sich dabei die Strahlen im Wasser, weil man gewissermaßen von oben auf sie draufschaut (wie auf die Spitze eines Bleistiftes).
die Wissenschaft braucht solche Leute wie Euch, die nicht alles ungeprüft glauben, sondern sich eigene Gedanken machen und alles versuchen, zu überprüfen und simulieren. Ich hoffe, noch viele derart interessante Abhandlungen von Euch zu lesen!!!
Hallo Christian,
du schreibst hier einen interessanten Artikel. In manchen Punkten kann ich dir ganz gut folgen, in anderen weniger. Zum Beispiel:
Christian Fenn hat geschrieben:
Nehmen wir uns nun einen einzelnen Staubpartikel. Von ihm gehen jetzt viele Lichtstrahlen in alle Richtungen aus. In jedes unserer Auge eines. Dabei legen die Strahlen zum linken und zum rechten Auge einen unterschiedlichen Weg zurück. Der Strahl zum linken Auge wird an einem anderen Punkt aus dem Wasser treten als der zum rechten Auge. Dies führt dazu, dass a) minimal unterschiedliche Austrittswinkel entstehen (anderer Brechungswinkel, Ausnahme: der Sonnengegenpunkt, aber da ist eh Schatten) und b) das Wasser gewellt ist und den Lichtstrahl ohnehin anders bricht. Die Folge ist, dass das Licht von unserem einzelnen Staubpartikel nicht mehr sauber in den Augen ankommt und die dritte Dimension nicht mehr wahrgenommen werden kann. Das Bild wird vom Auge (genauso wie von der Kamera) nun nur noch zwiedimensional gesehen.
Diese Zweidimensionalität führt nun tatsächlich dazu, dass alle Straheln scheinbar im Sonnengegenpunkt zusammenlaufen (wie Du ja schon geschrieben hast).
Aus meiner Erfahrung würde ich sagen, dass die perspektivische Wahrnehmung durch die Länge der Strahlen/Schatten entsteht. Es bleibt somit ein nahezu dreidimensionaler Eindruck, da wir Länge mit Tiefe korrelieren. Die Staub- bzw Schwebepartikel im Wasser machen den Strahl erst sichtbar. Mit zunehmender Wassertiefe wird die Trübung größer und somit der Strahl schwächer. Dieser Effekt verstärkt die perspektivische Wahrnehmung.
Der Eindruck, dass die Strahlen im Sonnengegenpunkt zusammenlaufen, kann nur durch Perspektive entstehen. Dabei wird, unabhängig vom Medium, eine räumliche Situation auf eine zweidimensionale Ebene reduziert. Das Zusammenlaufen paralleler Strahlen im Sonnengegenpunkt ist dadurch zwangsläufig. Durch den Medienübergang Wasser-Luft und die unterschiedlichen Brechungswinkel entsteht eine Verzerrung der Abbildung.
Dies wollte ich noch ergänzen, vielleicht habe ich deinen Artikel auch nur falsch verstanden.
