Sichtbares Spektrum

Weiß hell ist verteilt durch eine Prisma in die Farben des sichtbaren Spektrums.
Laser Strahlen mit sichtbarem Spektrum

Das sichtbares Spektrum ist der Teil der elektromagnetisches Spektrum das ist sichtbar zum menschliches Auge. Elektromagnetische Strahlung in diesem Bereich von Wellenlängen wird genannt sichtbares Licht oder einfach hell. Eine typische menschliches Auge reagiert auf Wellenlängen von ca. 380 auf ungefähr 750 Nanometer.[1] In Bezug auf die Frequenz entspricht dies einer Bande in der Nähe von 400–790Terahertz. Diese Grenzen sind nicht scharf definiert und können je nach Individuum variieren.[2] Unter optimalen Bedingungen können diese Grenzen der menschlichen Wahrnehmung auf 310 nm erstrecken (Ultraviolett) und 1100 nm (Nah-Infrarot).[3][4] Das Optisches Spektrum wird manchmal als das sichtbare Spektrum als gleich angesehen, aber einige Autoren definieren den Begriff allgemeiner, um auch die ultravioletten und Infrarotteile des elektromagnetischen Spektrums einzubeziehen.[5]

Das Spektrum enthält nicht alle Farben dass der Mensch visuelles System kann unterscheiden. Ungesättigte Farben wie zum Beispiel rosa, oder Violett Variationen wie MagentaZum Beispiel fehlen, weil sie nur aus einer Mischung aus mehreren Wellenlängen hergestellt werden können. Farben, die nur eine Wellenlänge enthalten Reine Farben oder Spektralfarben.[6]

Sichtbare Wellenlängen passieren weitgehend unveracht Erdatmosphäre über das "Optisches Fenster"Region des elektromagnetischen Spektrums. Ein Beispiel für dieses Phänomen ist bei der sauberen Luft Streuung Blaues Licht mehr als rotes Licht, und so erscheint der Mittagshimmel blau (abgesehen von der Gegend um die Sonne, die weiß erscheint, weil das Licht nicht so stark verstreut ist). Das optische Fenster wird auch als "sichtbares Fenster" bezeichnet, da es das menschliche sichtbare Reaktionsspektrum überlappt. Das Nah-Infrarot (NIR) Fenster liegt nur aus dem menschlichen Sehen sowie aus dem Fenster mit mittlerem Wellenlängeninfrarot (MWIR) und dem langwelligen oder fernen Infrarot-Fenster (LWIR oder Fir), obwohl andere Tiere sie möglicherweise erleben.

Geschichte

Newtons Farbkreis, von Optik von 1704, die die Farben zeigt, mit denen er verbunden ist Musiknoten. Die spektralen Farben von rot nach violett sind durch die Noten der Musikskala geteilt, beginnend bei D. Der Kreis vervollständigt eine vollständige Oktave, von D nach D. Newton's Circle platziert rot an einem Ende des Spektrums neben Violet. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass unspektrale Violett Farben werden beobachtet, wenn rotes und violettes Licht gemischt werden.

Im 13. Jahrhundert, Roger Bacon theoretisierte das Regenbögen wurden durch einen ähnlichen Prozess wie den Durchgang von Licht durch Glas oder Kristall erzeugt.[7]

Im 17. Jahrhundert, Isaac Newton entdeckte, dass Prismen weißes Licht zerlegen und wieder zusammenbauen konnten, und beschrieb das Phänomen in seinem Buch Optik. Er war der erste, der das Wort benutzte Spektrum (Latein für "Aussehen" oder "Erscheinung") in diesem Sinne in gedruckter Form 1671, als er seine beschreibt Experimente in Optik. Newton beobachtete das, wenn ein schmaler Strahl von Sonnenlicht schlägt das Gesicht eines Glass Prisma im Winkel ist einige reflektiert Und ein Teil des Strahls geht in und durch das Glas und entsteht als unterschiedliche Bänder. Newton hypothetierte Licht, das sich aus "Korpuskeln" (Partikel) mit verschiedenen Farben zusammensetzt, wobei sich die verschiedenen Farben des Lichts mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in transparenten Materie bewegen, das rotes Licht sich schneller als Violett in Glas bewegt. Das Ergebnis ist, dass rotes Licht gebeugt ist (gebrochen) weniger scharf als violett, wenn es durch das Prisma geht und ein Farbspektrum erzeugt.

Newtons Beobachtung prismatischer Farben (David Brewster 1855)

Newton teilte das Spektrum ursprünglich in sechs benannte Farben ein: rot, Orange, gelb, grün, blau, und violett. Er fügte später hinzu Indigo Als siebte Farbe, seit er glaubte, dass sieben eine perfekte Zahl sei, stammt aus dem Altgriechisch SophistenEs gibt eine Verbindung zwischen den Farben, den Musiknoten, den bekannten Objekten in der Sonnensystemund die Wochentage.[8] Das menschliche Auge ist relativ unempfindlich gegenüber Indigos Frequenzen, und einige Menschen, die ansonsten gute Sicht haben, können Indigo nicht von Blau und Violett unterscheiden. Aus diesem Grund einige spätere Kommentatoren, einschließlich Isaac asimov,[9] haben vorgeschlagen, dass Indigo nicht als eigene Farbe angesehen werden sollte, sondern nur als Blau- oder Violettfarbton. Der Hinweis zeigt, dass das, was Newton mit "Indigo" und "Blue" meinte, nicht den modernen Bedeutungen dieser Farbwörter entspricht. Der Vergleich von Newtons Beobachtung prismatischer Farben mit einem Farbbild des sichtbaren Lichtspektrums zeigt, dass "Indigo" dem entspricht, was heute als Blau bezeichnet wird, während sein "Blau" entspricht Cyan.[10][11][12]

Im 18. Jahrhundert, Johann Wolfgang von Goethe schrieb über optische Spektren in seinem Farbtheorie. Goethe benutzte das Wort Spektrum (Spektrum) um eine geisterhafte optische zu bezeichnen Nachbild, so wie ... getan hat Schopenhauer in Auf Vision und Farben. Goethe argumentierte, dass das kontinuierliche Spektrum ein zusammengesetztes Phänomen sei. Wo Newton den Lichtstrahl verengte, um das Phänomen zu isolieren Weiß zwischen ihnen. Das Spektrum erscheint nur, wenn diese Kanten nahe genug sind, um sich zu überlappen.

Im frühen 19. Jahrhundert wurde das Konzept des sichtbaren Spektrums eindeutiger, da Licht außerhalb des sichtbaren Bereichs entdeckt und durch gekennzeichnet wurde durch William Herschel (Infrarot) und Johann Wilhelm Ritter (Ultraviolett), Thomas Young, Thomas Johann Seebeck, und andere.[13] Young war der erste, der 1802 die Wellenlängen verschiedener Lichtfarben maß.[14]

Die Verbindung zwischen dem sichtbaren Spektrum und Farbsehen wurde von Thomas Young und untersucht Hermann von Helmholtz im frühen 19. Jahrhundert. Ihr Theorie der Farbsicht Vorgeschlagen, dass das Auge drei verschiedene Rezeptoren verwendet, um Farbe wahrzunehmen.

Farbwahrnehmung über Arten hinweg

Wie sichtbares Licht mit Objekten interagiert, um sie bunt zu machen

Viele Arten können Licht innerhalb des menschlichen "sichtbaren Spektrums" sehen. Bienen und viele andere Insekten können ultraviolettes Licht erkennen, was ihnen hilft, zu finden Nektar in Blumen. Pflanzenarten, die von der Bestäubung von Insekten abhängen, können ihren Auftritt in Ultraviolettlicht eher den Fortpflanzungserfolg schulden, als wie farben sie dem Menschen erscheinen. Auch Vögel können in das Ultraviolett (300–400 nm) sehen, und einige haben geschlechtsabhängige Markierungen an ihrem Gefieder, die nur im ultravioletten Bereich sichtbar sind.[15][16] Viele Tiere, die in den ultravioletten Bereich sehen können, können nicht rotes Licht oder andere rötliche Wellenlängen sehen. Bienens sichtbares Spektrum endet bei etwa 590 nm, kurz bevor die orangefarbenen Wellenlängen beginnen.[17] Vögel können einige rote Wellenlängen sehen, obwohl nicht so weit in das Lichtspektrum wie Menschen.[18] Die beliebte Überzeugung, dass der gemeinsame Goldfisch das einzige Tier ist, das sowohl Infrarot- als auch Ultraviolettlicht sehen kann[19] ist falsch, weil Goldfische Infrarotlicht nicht sehen können.[20]

Die meisten Säugetiere sind dichromatisch, und Hunde und Pferde werden oft als farbenblind angesehen. Es wurde gezeigt, dass sie auf Farben empfindlich sind, wenn auch nicht so viele Menschen.[21] Einige Schlangen können "sehen"[22] strahlende Hitze bei Wellenlängen Zwischen 5 und 30μm zu einem gewissen Grad an Genauigkeit, dass ein Blind blind ist Klapperschlange Kann anfällige Körperteile der Beute, auf der es schlägt, abzielen,[23] und andere Schlangen mit dem Organ können warme Körper aus einem Meter entfernt erkennen.[24] Es kann auch in verwendet werden in Thermoregulierung und Raubtier Erkennung.[25][26] (Sehen Infrared sensing in snakes))

Spektralfarben

sRGB rendering of the spectrum of visible light
Farbe Wellenlänge
(nm))
Frequenz
(Thz))
Photonenergie
(ev))
  violett
380–450 670–790 2,75–3,26
  blau
450–485 620–670 2,56–2,75
  Cyan
485–500 600–620 2.48–2,56
  grün
500–565 530–600 2.19–2.48
  gelb
565–590 510–530 2.10–2.19
  Orange
590–625 480–510 1.98–2.10
  rot
625–750 400–480 1.65–1,98

Farben, die durch sichtbares Licht eines schmalen Wellenlängenbandes erzeugt werden können (monochromatisches Licht) werden genannt reine spektrale Farben. Die verschiedenen in der Abbildung angegebenen Farbbereiche sind eine Annäherung: Das Spektrum ist kontinuierlich, ohne klare Grenzen zwischen einer Farbe und der nächsten.[27]

Farbanzeigespektrum

Die Näherung der Spektralfarben auf einer Anzeige führt zu etwas verzerrter Chromatizität

Farbanzeigen (z. Computermonitore und Fernseher) kann nicht reproduzieren alle Farben, die durch ein menschliches Auge erkennbar sind. Farben außerhalb der Farbe Bandbreite des Geräts, wie die meisten Spektralfarben, kann nur sein angenähert.

Spektroskopie

Erdatmosphäre teilweise oder total Blöcke Einige Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung, aber bei sichtbarem Licht ist es größtenteils transparent

Spektroskopie ist die Untersuchung von Objekten, die auf dem Farbspektrum basieren, das sie emittieren, absorbieren oder reflektieren. Spektroskopie für sichtbare Lichts ist ein wichtiges Werkzeug in Astronomie (wie es ist Spektroskopie bei anderen Wellenlängen), bei denen Wissenschaftler es verwenden, um die Eigenschaften entfernter Objekte zu analysieren. Chemische Elemente und Klein Moleküle kann in astronomischen Objekten durch Beobachtung erkannt werden Emissionslinien und Absorptionsleitungen. Zum Beispiel, Helium wurde zunächst durch Analyse des Spektrums der Spektrum erkannt Sonne. Die Verschiebung der Frequenz der Spektrallinien wird verwendet, um die zu messen Doppler -Verschiebung (Rotverschiebung oder Blauverschiebung) von entfernten Objekten, um ihre Geschwindigkeiten gegenüber oder vom Beobachter zu bestimmen. Astronomische Spektroskopie Verwendet Hochdispersion Beugungsgitter Spektren bei sehr hohen spektralen Auflösungen beobachten.

Eigenschaften

Hitze

Obwohl nicht sichtbares Infrarotlicht häufiger als "Wärmestrahlung" angesehen wird,[28] Jede Lichtfrequenz, einschließlich sichtbares Licht, erhitzt Oberflächen, die sie absorbieren. Eine starke Quelle für rein sichtbares Licht, wie ein sichtbares Lichtlaser, kann Papier charieren.

Biologische Wirkungen

Hochenergie sichtbares Licht (HEV-Licht) (violett/blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400-450 nm)[29] hat eine Reihe biologischer Auswirkungen, insbesondere auf das Auge. Studien von Harvard Health Publishing und Frankreichs Anses stellte fest, dass die Exposition gegenüber blauem Licht negativ auf den Schlaf wirkt und zu einem beeinträchtigten Sehen führen kann.[30][31]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Starr, Cecie (2005). Biologie: Konzepte und Anwendungen. Thomson Brooks/Cole. p.94. ISBN 978-0-534-46226-0.
  2. ^ "Das sichtbare Spektrum". Britannica.
  3. ^ D. H. Sliney (Februar 2016). "Was ist Licht? Das sichtbare Spektrum und darüber hinaus". Auge. 30 (2): 222–229. doi:10.1038/ey.2015.252. ISSN 1476-5454. PMC 4763133. PMID 26768917.
  4. ^ W. C. Livingston (2001). Farbe und Licht in der Natur (2. Aufl.). Cambridge, Großbritannien: Cambridge University Press. ISBN 0-521-77284-2.
  5. ^ Pedrotti, Frank L.; Pedrotti, Leno M.; Pedrotti, Leno S. (21. Dezember 2017). Einführung in die Optik. Cambridge University Press. S. 7–8. ISBN 9781108428262.
  6. ^ Kirchenschiff, R. "Spektralfarben". Hyperphysik. Abgerufen 2022-05-11.
  7. ^ Coffey, Peter (1912). Die Wissenschaft der Logik: Eine Untersuchung der Prinzipien des genauen Denkens. Longmans. p.185. Roger Bacon Prisma.
  8. ^ Isacoff, Stuart (16. Januar 2009). Temperament: Wie Musik zu einem Schlachtfeld für die großen Köpfe der westlichen Zivilisation wurde. Knopf Doubleday Publishing Group. S. 12–13. ISBN 978-0-307-56051-3. Abgerufen 18. März 2014.
  9. ^ Asimov, Isaac (1975). Augen auf das Universum: Eine Geschichte des Teleskops. Boston: Houghton Mifflin. p.59. ISBN 978-0-395-20716-1.
  10. ^ Evans, Ralph M. (1974). Die Wahrnehmung von Farbe (null ed.). New York: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-24785-2.
  11. ^ McLaren, K. (März 2007). "Newtons Indigo". Farbforschung und Anwendung. 10 (4): 225–229. doi:10.1002/col.5080100411.
  12. ^ Waldman, Gary (2002). Einführung in Licht: Die Physik des Lichts, des Sehens und der Farbe (Dover ed.). Mineola: Dover Publications. p. 193. ISBN 978-0-486-42118-6.
  13. ^ Mary Jo Nye, hrsg. (2003). Die Cambridge -Wissenschaftsgeschichte: Die modernen physischen und mathematischen Wissenschaften. Vol. 5. Cambridge University Press. p. 278. ISBN 978-0-521-57199-9.
  14. ^ John C. D. Brand (1995). Lichtlinien: Die Quellen der dispersiven Spektroskopie, 1800–1930. CRC Press. S. 30–32. ISBN 978-2-88449-163-1.
  15. ^ Cuthill, Innes C. (1997). "Ultraviolettes Sehen bei Vögeln". In Peter J. B. Slater (Hrsg.). Fortschritte in der Untersuchung des Verhaltens. Vol. 29. Oxford, England: Akademische Presse. p. 161. ISBN 978-0-12-004529-7.
  16. ^ Jamieson, Barrie G. M. (2007). Fortpflanzungsbiologie und Phylogenie von Vögeln. Charlottesville VA: University of Virginia. p. 128. ISBN 978-1-57808-386-2.
  17. ^ Skorupski, Peter; Chittka, Lars (10. August 2010). "Spektralempfindlichkeit der Photorezeptor im Hummel, Bombus Impatiens (Hymenoptera: Apidae) ". PLUS EINS. 5 (8): E12049. Bibcode:2010ploso ... 512049s. doi:10.1371/journal.pone.0012049. PMC 2919406. PMID 20711523.
  18. ^ Varela, F. J.; Palacios, A. G.; Goldsmith T. M. (1993) "Farb Vision von Vögeln", S. 77–94 in Sicht, Gehirn und Verhalten bei Vögeln, eds. Zeigler, Harris Philip und Bischof, Hans-Joachim. MIT Press. ISBN9780262240369
  19. ^ "Richtig oder falsch?" Der gewöhnliche Goldfisch ist das einzige Tier, das sowohl Infrarot- als auch ultraviolettes Licht sehen kann. "". Skeptiv. 2013. archiviert von das Original am 24. Dezember 2013. Abgerufen 28. September, 2013.
  20. ^ Neumeyer, Christa (2012). "Kapitel 2: Farbsicht in Goldfisch und anderen Wirbeltieren". In Lazareva, Olga; Shimizu, Toru; Wasserman, Edward (Hrsg.). Wie Tiere die Welt sehen: Vergleichendes Verhalten, Biologie und Evolution des Sehens. Oxford Stipendium online. ISBN 978-0-19-533465-4.
  21. ^ Kasparson, A. A; Badridze, J; Maximov, V. V (2013). "Die Farbscheine erwiesen sich als informativer für Hunde als Helligkeit". Verfahren der Royal Society B: Biological Sciences. 280 (1766): 20131356. doi:10.1098/rspb.2013.1356. PMC 3730601. PMID 23864600.
  22. ^ Newman, EA; Hartline, PH (1981). "Integration von visuellen und Infrarotinformationen in bimodale Neuronen in das Rattlesnake -Optikum tectum". Wissenschaft. 213 (4509): 789–91. Bibcode:1981Sci ... 213..789n. doi:10.1126/Science.7256281. PMC 2693128. PMID 7256281.
  23. ^ Kardong, KV; Mackessy, SP (1991). "Das Streikverhalten einer angeboren blinden Klapperschlange". Journal of Herpetology. 25 (2): 208–211. doi:10.2307/1564650. JStor 1564650.
  24. ^ Fang, Janet (14. März 2010). "Snake Infrared Detection enträtselt sich". Naturnachrichten. doi:10.1038/news.2010.122.
  25. ^ Krochmal, Aaron R.; George S. Bakken; Travis J. Laduc (15. November 2004). "Hitze in der Küche der Evolution: Evolutionäre Perspektiven auf die Funktionen und den Ursprung der Gesichtsgrube von Pitviper (Viperidae: Crotalinae)". Journal of Experimental Biology. 207 (PT 24): 4231–4238. doi:10.1242/jeb.01278. PMID 15531644.
  26. ^ Greene HW. (1992). "Der ökologische und verhaltensbezogene Kontext für die Pitviper -Evolution", in Campbell JA, Brodie Ed Jr. Biologie der Pitviper. Texas: Selva. ISBN0-9630537-0-1.
  27. ^ Bruno, Thomas J. und Svoronos, Paris D. N. (2005). CRC -Handbuch für grundlegende spektroskopische Korrelationsdiagramme. CRC Press. ISBN9781420037685
  28. ^ "Infrarotstrahlung". Infrarotstrahlung. Van Nostrands wissenschaftliche Enzyklopädie. John Wiley & Sons, Inc. 2007. doi:10.1002/0471743984.VSE4181.PUB2. ISBN 978-0471743989.
  29. ^ Dykas, Carol (Juni 2004). "Wie man Patienten vor schädlichem Sonnenlicht schützt". 2020mag.com.
  30. ^ "LEDs & Blue Light | Anses - Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l'Alimentation, de l'umgumnement et du Travail". Anses.fr. Abgerufen 2020-01-29.
  31. ^ "Blaues Licht hat eine dunkle Seite". Harvard Health Publications. 1. Mai 2012. archiviert von das Original am 2. Februar 2015.