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Spektroskop

Spektroskop

Ein Spektroskop ist ein optisches Gerät, mit dem Licht in sein Spektrum zerlegt wird und visuell untersucht werden kann. Wird das Licht auf einen Empfänger geleitet (Fotoplatte, CCD-Sensor etc.), spricht man von einem Spektrometer. Ein modernes Spekroskop besitzt einen Eingangs-Spalt, ein Objektiv und ein geradsichtiges Prisma aus Glas. In das Gesichtsfeld wird meist auch eine Wellenlängenskala eingespiegelt. Seine (fast) moderne gradsichtige Form erhielt das Spektroskop durch Angelo Secchi SJ um 1870. Eine besonders vielseitige Anwendung fanden Spektroskope in der Astronomie. Durch Beobachtung des Spektrums und der Spektralklasse von Fixsternen, Galaxien oder anderer Himmelskörpern lassen sich einige von deren Eigenschaften bestimmen - z.B. chemische Zusammensetzung, Temperatur, Rotation oder Magnetfelder. Erfunden wurde die Spektroskopie vom deutschen Optiker Joseph von Fraunhofer, der 1814/15 dunkle Spektrallinien im Sonnenspektrum entdeckte. Weitere Marksteine des 19. Jahrhunderts auf dem Weg zur modernen Astrophysik waren:
- 1858 die Entwicklung der Spektralanalyse durch Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen,
- 1868 die stellare Kosmologie, als der erste "sterbende" Stern γ CVn im Sternbild Jagdhunde von Angelo Secchi (Vatikansternwarte) 400 Lichtjahre entfernt entdeckt wurde;
- 1885 das Seriengesetz von Johann Jakob Balmer für die Spektrallinien des Wasserstoffs, und
- 1896 Pieter Zeemans Entdeckung der Aufspaltung von Spektrallinien, wenn Sterne ein starkes Magnetfeld haben (Zeeman-Effekt).
- 1913 das Hertzsprung-Russell-Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Leuchtkraft eines Sterns und seinem stellarem Spektraltyp darstellt.
- Die um 1930 durch Edwin Hubble entdeckte Rotverschiebung der Galaxien geht hingegen bereits auf erfolgreiche Spektrografie zurück. Siehe auch: Astrophysik, Brechung (Physik), Kirchhoff-Bunsen, Sternentwicklung

Weblinks


- http://www.reichertz.de/astro/spektralanalyse.htm (Fraunhofers Spektren usw.)
- http://www.manfredholl.de/cannon.htm (Astronomin, Spektralklassen, Secchi, Bunsen, Sternentstehung ...) Kategorie:Optisches Instrument Kategorie:Astronomisches Instrument Kategorie:Spektroskopie

Optik

Optik (griech. optike ”Lehre vom Sichtbaren“, optikos ”zum Sehen gehörig“, zu opsis ”das Sehen“) ist ein Bereich der Physik, der sich mit der Ausbreitung von Licht und dessen Wechselwirkung mit Materie beschäftigt. Unter Licht versteht man in der Regel den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums. Viele Gesetzmäßigkeiten und Methoden der klassischen Optik gelten allerdings auch außerhalb des Bereichs sichtbaren Lichts. Dies erlaubt eine Übertragung der Erkenntnisse der Optik auf andere Spektralbereiche (z.B. Röntgenoptik), oder auf ganz andere Strahlungsarten (z.B. Elektronenoptik).

Teilbereiche der Optik

Man unterscheidet zwei grundsätzliche Zugänge zur Lichtausbreitung, die sich allerdings in vielen Bereichen überschneiden: Die geometrische Optik und die Wellenoptik. Die Tatsache, dass Licht zwei in der Anschauung einander widersprechende Eigenschaften besitzt, wird auch als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet. Daneben sind die nichtlineare Optik sowie die Quantenoptik von theoretischem und technischem Interesse. Ein interdisziplinärer Teilbereich ist die atmosphärische Optik, in der Leuchterscheinungen in der Erdatmosphäre untersucht werden.

Geometrische Optik

In der geometrischen Optik wird Licht durch idealisierte Strahlen approximiert. Der Weg des Lichtes, etwa durch ein optisches Instrument, wird durch Verfolgen des Strahlenverlaufs konstruiert. Das Snelliussche Brechungsgesetz beschreibt die Brechung des Lichtes an transparenten Grenzflächen (Linsen, Prismen). An Spiegeln gilt die Regel, dass der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel gleich ist. Mittels dieser Methode lassen sich Abbildungen, beispielsweise durch Linsen, oder Linsensysteme (Mikroskop, Teleskop) bestimmen. Im Rahmen der geometrischen Optik kann auch die teilweise Reflexion an transparenten Objekten behandelt werden. Ein Beispiel ist, dass die eigene Reflexion unter geeigneten Bedingungen in einer Fensterscheibe sichtbar ist. Der Extremfall tritt ein, wenn unter sehr flachem Einfallswinkel Totalreflexion an einer transparenten Grenzfläche auftritt.

Wellenoptik

Als Wellenoptik wird der Bereich der Optik bezeichnet, der von der Wellennatur des Lichts handelt. Sie erklärt Phänomene, die die geometrische Optik nicht erklären kann, da bei ihnen die Welleneigenschaft des Lichtes relevant ist. Wichtige Elemente der Wellenoptik sind:
- Interferenz zwischen einander überlagernden Wellenfronten.
- Beugung, die sich zeigt, wenn Licht sich durch kleine Spalten oder an Kanten entlang ausbreitet. (Beugungsintegral)
- Polarisation des Lichts. Auf die Wellenoptik bauen die Kristalloptik und die Magnetooptik auf.

Oberflächenphänomene

Die Wechselwirkung von Licht mit wirklichen (d. h. nicht idealisierten) Oberflächen ist für die optische Wahrnehmung des Menschen bedeutsam, ist aber bislang nur unvollständig verstanden. Bedeutsam ist die Remission, also die Absorption eines Teil des Lichts sowie die Reflexion, Transmission bzw. Streuung des restlichen Spektralanteils. Manche Oberflächen, wie etwa die menschliche Haut, sind in den obersten Hautschichten teilweise transparent, so dass optisch keine reflektierende Fläche, sondern eine reflektierende Schicht vorliegt. Eine abstrakte Beschreibung der optischen Vorgänge an derartigen Oberflächen ist kompliziert, und einer der Gründe, dass computergenerierte Bilder künstlich wirken können.

Das menschliche Auge

Das optische Sinnesorgan des Menschen ist das Auge. Dieses wandelt Lichtinformation in Nervenimpulse um. Die physiologische Optik befasst sich mit der Optik und dem Aufbau des Auges. In der Medizin spricht man bei der das Auge betreffenden Medizin von der Augenoptik bzw. Optometrie als der Messung der Sehweite.

Technische Optik

Das Design, die Auslegung und der Fertigung optischer Systeme wird als Technische Optik bezeichnet und zählt im Unterschied zur physikalischen Optik zu den Ingenieurwissenschaften, da hier die konkrete Konstruktion und Herstellung optischer Geräte sowie die Konzeption spezifischer Strahlengänge im Vordergrund stehen. Im Folgenden sind deshalb nur exemplarisch die wichtigsten Bauelemente, Komponenten und Geräte aufgelistet:

Optische Bauelemente


- Strahlungsquelle,
- Linsen,
- Fresnel-Zonenplatte,
- Filter,
- Planplatten,
- Wellenplatte
  - λ/4-Plättchen
  - λ/2-Plättchen
- Spiegel: ebene und gewölbte Spiegel
- Prismen
- Beugungsgitter
- Blenden
  - Schlitzblenden
- Empfänger: Projektionsfläche, Filmebene

Optische Komponenten

Passive Elemente


- Kondensor
- Fresnellinse
- Doppelprismen
- Ulbrichtkugel

Aktive Elemente

verschiedene Modulatoren und spezielle Lichtquellen, optische Detektoren

Optische Geräte


- Fernrohre
- Mikroskope
- Lupen
- Brillen
- Spektroskope
- Laser
- Polarimeter
- Stereoskop
- Laserlink
- Polarisator
- Anomaloskop
- Lidar

Anwendungen und Methoden


- Stereoskopie
- Holographie
- Fotografie Siehe auch: Brillouin-Streuung, Dispersion, Opazität, Optische Täuschung, Portal:Physik

Weitere Bedeutung

Als Optik bezeichnet man auch die Summe aller optischen Bauteile eines optischen Gerätes.

Literatur


- Hecht: Optics. Verlag Addison Wesley, 2003, ISBN 0-321-18878-0
- Kühlke: Optik: Grundlagen und Anwendungen. Verlag Harri Deutsch, 2.Auflage 2004, ISBN 3-8171-1741-8

Weblinks


- [http://www.phynet.de PhyNet.de Kompetente Hilfe bei Fragen der Optik und Schulphysik. Viele illustrierte Artikel, Forum und Fragenservice] ! ja:光学 ko:광학 ms:Optik

Spektrum

Ausgehend von der ursprünglichen Bezeichnung für die Darstellung der Spektralfarben in Abhängigkeit von der Wellenlänge bzw. der Frequenz hat der Begriff Spektrum eine komplexere Bedeutung erlangt. Im Besonderen werden unterschieden:
- allgemein: Die Gesamtheit der
  - Teilgebiete (Sparten) eines Gebietes (der Wissenschaft, des Handels, der Arbeit, der Forschung u. a. ...)
  - Bestandteile eines Gemisches (von Gasen, Flüssigkeiten, Festkörpern, Komponenten u. a.)
- in der Physik und Physikalischen Chemie das Ergebnis der Messwertverteilung einer Messgröße, speziell der Wellenlänge oder der Frequenz. Beispiele:
  - das elektromagnetische Spektrum, speziell das Lichtspektrum
  - das Linienspektrum (Absorptionsspektrum und Emissionsspektrum)
  - eine Energie-Intensitätsverteilung eines Teilchenstromes, zum Beispiel ein Elektronenspektrum
  - das Schallspektrum (siehe Akustik, Synthesizer, Vocoder, Formant, Vokaldreieck)
  - das Massenspektrum eines Teilchenstrahls
- in der Nautik: Das Spektrum der Energiedichte von Schwerewellen als Seegangsspektrum, Brandungsspektrum
- in der Mathematik:
  - in der Funktionalanalysis: siehe Spektrum (Operatortheorie)
  - in der kommutativen Algebra: siehe Spektrum eines Ringes
  - in der algebraischen Geometrie: siehe Spektrum einer Algebrengarbe
  - in der Linearen Algebra die Menge der Eigenwerte: siehe Eigenwertproblem
- in der Politik das politische Spektrum
- die Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft ja:スペクトル ko:스펙트럼

Visuell

Visuelle Wahrnehmung (Sehen) ist die Wahrnehmung von Objekten auf Grund der Reizung durch Lichtstrahlen, die von den Objekten ausgesandt, gebeugt oder reflektiert werden.

Neurobiologische Betrachtung der visuellen Wahrnehmung

Strahlenbrechung: Das Auge enthält ein Linsensystem, das alle von einem Punkt ausgehende Strahlen auf einen Punkt der Netzhaut ("Retina") zusammenführt und so auf dieser ein umgekehrtes Bild der Umwelt projiziert. Am stärksten lichtbrechend ist die Hornhaut (Cornea) zur Veränderung der Brennweite läßt sich die dahinter liegende Linse verformen. Kurzfristige Änderungen der Lichtintensität können durch eine Veränderung der Pupillengröße durch eine Veränderung der Iris ausgeglichen werden. Bei längerfristiger Änderung der Lichtverhältnisse kommt es zu einer Anpassung der Photorezeptoren an die mittlere Leuchtintensität (Adaptation). Das Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird unterschiedlich stark gebrochen (chromatische Aberration), weshalb sich das Auge stets auf die Brennweite für grünes Licht einstellt und Farben räumlich zunächst nur sehr grob ausgewertet werden.

Netzhautvorgänge

In den lichtempfindlichen Zellen der Netzhaut befinden sich in der Membran G-Protein gekoppelte Rezeptorproteine, die Rhodopsin-Moleküle, die aus aus Vitamin A (Retinal) und einem Proteinanteil (Opsin) bestehen. Fällt ein Photon auf das am C-Atom 11 geknickte Vitamin-A-Molekül (11-cis-Retinal) klappt dieses auf und wird gerade (all-trans-Retinal). Der Proteinanteil verändert seine Konformation und aktiviert in den Photorezeptoren das Transducin, ein G-Protein. Dieses löst eine signalverstärkende Enzymkaskade aus, bei Vertebraten hyperpolarisiert die Rezeptormembran, bei Evertebraten depolarisiert die Photorezeptormembran, das ende der visuellen Signaltransduktionskaskade ist erreicht. Dieses elektrische Signal wird von den weiteren Zellen der Retina ausgewertet. Das Signal wird dabei in der Retina horizontal und vertikal weitergeleitet. Horizontal regulieren Horizontalzellen und Amakrine-Zellen das Signal, vertikal wird es von Bipolarzellen an die Ganglienzellen weitergeleitet. Die Ganglienzellen sind Neurone, deren Axone den Sehnerv bilden. Da die Retina von Vertebraten evers gebaut ist, die Photorezeptoren also vom Licht abgewendet sind, müssen die Axone der Ganglienzellen durch einen Punkt, den Blinden Fleck, das Auge als Sehnerv verlassen. Schon auf der Retina wird das Signal der Photorezeptoren ausgewertet. So sorgen am Photorezeptor schon die Horizontalzellen für eine Kantenverstärkung durch die laterale Inhibition. Der zentrale Bereich der Retina ist außerdem räumlich höher aufgelöst, nur hier hat jeder Photorezeptor eine eigene Ganglienzelle. Im Durchschnitt kommen auf jede Ganglienzelle etwa 300 Photorezeptoren, in der Peripherie der Retina kann das Verhältnis bis zu 3000 Photorezeptoren pro Ganglienzelle betragen, weshalb man von dendritischen Feldern sprechen muss. laterale Inhibition

Sehbahn

Die Fasern der Sehnerven der beider Augen werden im Chiasma opticum so geteilt, dass die Information der linken und rechten Hemisphäre jeweils in das linke und rechte Gehirn weitergeleitet werden. Der so geteilte Sehnerv wird als Tractus opticus bezeichnet und übermittelt die Information in das Mittelhirn (Mesencephalon) in den jeweiligen Colliculus superior und das Corpus geniculatum lateralis (CGL). Vom CGL aus strahlen die Sehstrahlen (Radiatio optica) in den primären visuellen Kortex (V1) aus. Einige Zellen des CGL strahlen auch direkt in höhere Gehirnareale aus, wie das für die Bewegungserkennung zuständige visuelle Kortexareal V5 (auch mediotemporaler Kortex oder kurz MT genannt) - diese Signale dienen vermutlich zur direkten Kontrolle der Bewegungswahrnehmung. Abhängig von der Größe der Zellkörper im CGL spricht man auch vom magnozellulären (groß) und parvozellulären (klein) Verarbeitungsweg. Beide Wege haben unterschiedliche Funktionen und haben unterschiedliche Ganglienzelltypen (M- und P-Ganglienzellen, in der Literatur werden die P-Zellen midget ganglion cells, die M-Zellen parasol ganglion cells genannt). Die bei Säugetieren gefundenen W-Zellen lassen sich bei Primaten nicht nachweisen. Bisher wird angenommen, dass die großen Zellkörper vor allem für Bewegungswahrnehmung und Objektlokalisation, die kleinen vor allem für Beschaffenheit, Struktur und Farbe zuständig sind. Im CGL wurde inzwischen, zusätzlich zum magnozellulären und parvozellulären Verarbeitungsweg, ein dritter Verarbeitungsweg gefunden. Wegen der nur kleinen, vereinzelt zwischen den Schichten vorkommenden Zellen bezeichnet man ihn als den koniozellulären Verarbeitungsweg (von griechisch konios, Staub). Er dient wohl zur Verifizierung und Falsifizierung der in V1 bis V3 gewonnenen Informationen des magno- und parvozellulären Weges und ist daher direkt mit höheren Hirnarealen verschaltet (z. B. mit V5 für das Bewegungssehen).

Kortikale Verarbeitungsströme

Im visuellen Kortexareal V1 wird vor allem eine Kantenerkennung durchgeführt. Diese Informationen werden in das Areal V2 und V3 des visuellen Kortex weitergeleitet. Ab hier teilen sich die Verarbeitungswege in einen parietalen (entlang des Scheitels zentral nach vorne) und einen temporalen (zur Schläfe hin gerichteten) Verarbeitungsstrom. Diese haben unterschiedliche Funktionen. So dient der Verarbeitungsstrom zur Schläfe hin gerichtet vor allem der Objekterkennung (daher auch Was-Strom genannt), der am Scheitel entlang laufende Verabeitungsstrom der Bewegungs- und Entfernungsbestimmung (daher auch Wo-Strom genannt). Durch diese parallele Verarbeitung wird eine enorm hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht. Innerhalb von nur 150ms ist die gesamte Objekterkennung abgeschlossen, was zeitlich (nach der Phototransduktion) auf lediglich 5-10 neuronale Verarbeitungsschritte schließen läßt. Beide Verarbeitungsströme treffen im Stirnlappen erneut zusammen, womit die visuelle Wahrnehmung durch eine Objektkategorisierung und eine räumliche Bestimmung (Größe, Entfernung, Bewegung) abgeschlossen wird. Das Sehen eines Objektes erfolgt also zeitgleich mit seiner Wahrnehmung! Entlang dieser kortikalen Verarbeitungswege wird die räumliche Anordnung der retinalen Ganglienzellen (Retinopie) immer weiter zugunsten von hochspezialisierten Zentren hin verlassen. V1 und V2 sind annähernd noch vollständig retinop aufgebaut. In den höheren Kortxarealen hingegen gibt es hochspezifische Zellen, die zum Beispiel nur auf das Vorhandensein von Händen, Tieren oder Gesichtern reagieren, unabhängig davon, wo diese Objekte sich im Sehfeld befinden.

feed-back-Schleifen

Wird ein zuvor unbekanntes Objekt wahrgenommen, wird der feiner aufgelöste Bereich der Augen (die Fovea centralis) darauf gerichtet und das Objekt optisch abgetastet. Hat bereits eine Kategorisierung stattgefunden, wird das Objekt sofort erkannt (Perzeption) und auch die Wahrnehmung selber wird diesem Objekt angepaßt. Dies geht sogar soweit, dass Kantenwahrnehmung von Scheinkanten, also nicht vorhandenen Kanten, auch im visuellen Kortexareal V1 stattfindet, tatsächlich vorhandene Kanten hingegen dort dann nicht mehr ausgewertet werden. Handelt es sich hingegen um ein völlig unbekanntes Objekt, wird es genauer betrachtet und dann einer passenden Kategorie hinzugefügt (Apperzeption). Ist eine solche Einteilung erfolgt, findet nur noch eine Perzeption statt. Bei einer Fehlbeurteilung dauert es daher recht lange, bis eine korrigierende Wahrnehmung möglich ist.

Limitierungen

Die tatsächliche, physikalische Auflösung eines Auges ist auf wenige Bogensekunden begrenzt. Durch die neuronale Fusion beider Bilder beim stereoskopischen Sehen wird tatsächlich eine wesentlich höhere Auflösung wahrgenommen (etwa um Faktor 10 besser), als sie der Bauplan des Auges erahnen läßt. Diese Überauflösung (engl. hyperacuity) hat mehrere Ursachen, wie die neuronal feinere Auflösung im V1 und die langsamen Augenbewegungen (drift). Die schnelle Auswertung der Signale der Photorezeptoren und die Retinopie bis in den visuellen Kortex führt auch häufig zu optische Täuschungen. Die Farbwahrnehmung entspricht der Standard-Farbwahrnehmung aller Wirbeltiere (Farbkreis), obwohl diese eigentlich für vier verschiedene Photorezeptoren ausgelegt zu sein scheint.

Verknüpfungen der visuellen Wahrnehmung mit anderen Wahrnehmungen

Die Verknüpfung der visuellen Wahrnehmung mit anderen Wahrnehmungen geschieht über jeweils eigene Hirnareale. So werden akkustische Wahrnehmungen vermutlich über den Colliculus inferior mit der visuellen Wahrnehmung verknüpft. Zur Ermittlung der Lotrechten wird neben der Information des Innenohres auch der wahrgenommene Horizont verwendet. Daher "ziehen" Abgründe den Betrachter an, da eine aus beiden Informationen gemittelte Lotrechte wahrgenommen wird.

Psychologische Betrachtung der visuellen Wahrnehmung

Physikalisch-chemische Stufe

Dieser 1. Stufe werden diejenigen energetischen (physikalischen und chemischen) Prozesse zugerechnet, die in Beziehung zur visuellen Wahrnehmung stehen, aber auch außerhalb der visuellen Wahrnehmung vorkommen und Bedeutung haben.

Physische Stufe

Der 2. Stufe werden diejenigen materiellen Prozesse zugerechnet, die nicht nur energetischer Natur sind, sondern auch noch nicht-energetische Funktionen erzeugen, das sind solche, die nur in Lebewesen vorkommen und für diese von Bedeutung sind. Jede dieser spezifischen Funktionen ist an spezifische Materie gebunden, ist abhängiges Korrelat "ihrer" Körpermaterie. Diese "Körperfunktionen" entwickeln sich zusammen mit "ihren" Körpermaterien. Die Netzhaut befindet sich auf der rückseitigen Innenseite des Augapfels; auf ihr sind Millionen einzelner lichtempfindlicher Zellen - Photorezeptoren - in einer halbkugelförmigen Schicht angeordnet. Die lichtchemische Zersetzung der im Rezeptor enthaltenen Substanz löst einen elektrischen Impuls aus, eine "neuronale Erregung", ein "Signal", das auf nachgeschaltete Zellen weitergeleitet wird, die ihrerseits ihre Erregungen in einem hierarchischen Prozess an bestimmte Gebiete des Gehirns weiterleiten. Diese Vorgänge und ihre hierarchische Struktur werden seit Mitte des 20. Jahrhunderts intensiv von der Neurophysiologie erforscht, anfangs vor allem von David Hubel und Thorsten Wiesel, die für ihre bahnbrechenden Ergebnisse den Nobelpreis erhalten haben. Es gibt zwei Typen von Photorezeptoren: Stäbchen und Zapfen. Die Stäbchen vermitteln das Hell-Dunkel-Sehen, die Zapfen das Farbensehen. Zapfen sprechen auf Rot-, Grün- oder Blau-Empfindung vermittelnde Wellenlängen an. Bei der menschlichen Wahrnehmung unterscheidet man peripheres Sehen und foveales Sehen. Jenes dient mit Hilfe vor allem der Stäbchen dem zwar unscharfen, aber hoch-lichtempfindlichen Dämmerungssehen (Nachtsehen), dieses dem "scharfen" Sehen, denn die "Fovea", das zentrale Gebiet der Retina, in dem sich der Objektbereich um den Blickpunkt herum abbildet, enthält nur Zapfen, und zwar in großer Dichte. Die Zapfen dienen vor allem dem Tagessehen, denn sie sprechen nicht auf geringe Lichtintensität an; deswegen kann man nachts keine Farben wahrnehmen. Aus der unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeit der Stäbchen und Zapfen ergibt sich der so genannte Purkinje-Effekt: das menschliche Auge ist im Bereich des Nachtsehens (das heißt in dunkeladaptiertem Zustand, also bei geringer Beleuchtungsstärke) blauempfindlicher als beim Tagsehen. Darüber hinaus verlangsamt sich beim dunkeladaptierten Auge die Reizverarbeitung, der Seheindruck wird "träger", diese physiologische Besonderheit bewirkt den Pulfrich-Effekt.

Psychische Stufe

Der 3., der psychischen, Stufe gehören Funktionen an, die auf Körperfunktionen aufbauen, selbst aber keine spezifischen Funktionen spezifischer Körpermaterien sind, dafür aber ihrerseits etwas Neues erzeugen: (subjektives) "Erleben", hier: visuelles Wahrnehmungserleben, visuelle Perzepte. Während bereits den Funktionen der energetische Aspekt fehlt, fehlt dem Erleben auch noch der räumliche Aspekt. Erleben hat keinen Ort und ist auch nicht räumlich strukturiert. Nur der Inhalt des Wahrnehmungserlebens ist meistens räumlich strukturiert, nicht aber das Erleben selbst. Diese höhere Art von Funktionen kann man von den Körperfunktionen als "psychische Funktionen" abgrenzen. Die von ihnen produzierten und von ihnen abhängigen Korrelate sind spezifische "Psychische Bewusstseine", hier: visuelle Perzepte. Wahrnehmungserlebnisse und ihre Bedingungen sind ein von der Wahrnehmungswissenschaft weitgehend unerforschtes Gebiet. Neurobiologen untersuchen den Verlauf neuronaler Erregungen und damit der an die Körpermaterie "Neuron" geknüpfte Körperfunktionen. Sie stellen zwar fest, dass sich bei Reizung bestimmter Neuronenklassen von Tieren mit menschenähnlichem visuellen System bestimmte Wahrnehmungsleistungen einstellen, die beim Menschen bestimmten Erlebnissen entsprechen dürften. Aber sie verstehen Wahrnehmung als rein biologischen, körperlichen, Vorgang, so dass selbst Hubel noch 1995 eingestehen mußte: "Wir sind weit davon entfernt, die Wahrnehmung von Objekten, selbst von so einfachen wie Kreisen, Dreiecken oder dem Buchstaben A, zu verstehen - ja, wir vermögen nicht einmal plausible Hypothesen darüber aufzustellen" (S. 228). Von der Berliner Gestaltpsychologie wurde eine Unmenge von vor allem visuellen Wahrnehmungserlebnissen zutage gefördert (siehe Metzger 1953), aber auch ihre Vertreter glaubten, die von ihnen untersuchten Phänomene mit körperlichen Vorgänge von "isomorpher" Gestalt erklären zu können, ja, sie reduzierten diese sogar noch auf rein physikalische Vorgänge, nämlich elektrische Ströme. Sie scheiterten mit ihrem Erklärungsversuch. Die Leipziger Gestaltpsychologien entdeckten und beschrieben die stufenweise Entwicklung visueller Perzepte, angefangen von diffusen ganzheitlichen "Flecken" über eine Reihe von "Vorgestalten" steigender Differenziertheit bis hin zum volldifferenzierten Perzept, der "Endgestalt". Aber eine Erklärung dieser Aktualgenese des Sehens fanden sie nicht, suchten nach ihr auch gar nicht, obwohl sie mit ihrem Struktur-Begriff einen erlebensjenseitigen "Ort" für die Bedingungen des Erlebens konzipiert hatten. Auch die vielfältigen moderneren Versuche der Erklärung visueller Wahrnehmung haben nicht zu einer plausiblen Theorie geführt. Angenommen, man verwendet als Reizmuster ein schwarzes Rechteck von 4 cm Breite und 2 cm Höhe. Dann erlebt man auf der psychischen Stufe nur eben dieses schwarze Etwas auf weißem Grund und nichts mehr. Würde man auf dieser Stufe dieses Erleben verbal beschreiben können, was man aber nicht kann, dann würde man etwa sagen, und so etwa lautet auch die Beschreibung durch die ETVG, wobei die in Klammern zugefügten Symbole die Gestaltqualitäten in ihren Plus-Minus-Polaritäten bezeichnen: "Da ist (Pml) eine homogene (Gml-) schwarze längliche (E+) Figur (Fl+) in einem homogenen weißen Umfeld (Fl-). Die Figur hat vier (Q4) gerade (S+) und scharfe (Gml+) Konturen (Ll+), durch die sich die helligkeitsunterschiedlichen (Dm+) Felder (Ll-) voneinander abgrenzen. Die zwei nicht aneinander stoßenden Konturen, die nah (Dl-) beieinander stehen, sind horizontal (H) orientiert (O), gleichlang (M+) und einander parallel (R-). Die zwei nicht aneinander stoßenden Konturen, die weit voneinander stehen (Dl+), sind vertikal (V) orientiert (O), gleichlang (M+) und einander parallel (R-). Die aneinander stoßenden Konturen bilden rechte Winkel (R+) und sind ungleich lang (M-)." In dieser Beschreibung können allein "schwarz" (dunkel) und "weiß" (hell) als angeborene Sinnesqualitäten der 2. Stufe angesehen werden; sämtliche mit Symbolen gekennzeichneten Wörter bezeichnen Gestaltqualitäten erlernter Gestaltfunktionen der 3. Stufe. Die Beschreibung mit Worten (ohne Symbolnennung) dauert etwa 30 Sekunden; die Wahrnehmung selbst erfolgt in etwa 1/10 Sek.

Die kognitive Verarbeitung des visuellen Perzepts

Diese 4. Stufe ist von der 3. Stufe ebenso klar unterscheidbar wie die 3. von der 2. Stufe. Wahrnehmungserleben geschieht ausschließlich in der 3. Stufe, fußend auf der 2., und diese fußt auf der 1. Stufe. Erst in der 3. Stufe entsteht "Bewusstsein". Dieses hat allerdings die Form des "schlichten Bewusstsein" (Lersch), es ist reines Objektbewusstsein, Wahrnehmungsbewusstsein, Wahrnehmungserlebnis. In der 4., der "mentalen", Stufe finden andere, ebenfalls bewusste, Vorgänge statt, aber es sind "geistige" oder "mentale" Vorgänge. Diese sind also nicht selbst Wahrnehmungsvorgänge, sondern, wenn sie schon "irgendwie" mit Wahrnehmung zu tun haben, dann in der Weise, dass das Wahrgenommene Bezugssystem für sie ist. Dabei wird das Objektbewusstsein (der 3. Stufe) selber bewusst. Geistiges Bewusstsein ist Bewusstsein höherer Art; es befindet sich eine Hierarchiestufe über dem Objektbewusstsein. Die einfachste Form des Bewusstseins der 4. Stufe ist das Erkennen. In obigem Beispiel kann das Reizmuster als "liegendes Rechteck" bezeichnet werden. Man nimmt aber auf der 3. Stufe nicht ein "liegendes Rechteck" wahr, sondern nur jenes Etwas, wie oben beschrieben. "Liegendes Rechteck" ist keine Wahrnehmung, sondern eine Erkennung (4. Stufe): wir haben in der Schule gelernt, dass ein Ding, das so aussieht, als "Rechteck", oder gar, wenn man bei der Benennung die horizontale Orientierung der längeren Kanten mitberücksichtigen will, als "liegendes Rechteck" genannt wird. Der Unterschied zwischen Wahrnehmen und Erkennen ist wissenschaftstheoretisch von größter Bedeutung, wird aber in der Wahrnehmungswissenschaft sehr häufig nicht beachtet, weil das Wort "bewusst" oft im Sinne der Umgangssprache als "gestig bewusst" verwendet wird. Bei Nichtbeachtung des Unterschieds verwischt man aber die Grenzen zwischen (psychischem) Wahrnehmen und (geistigem, mentalem) Erkennen. Dies geschieht schon dann, wenn man Wahrnehmungserleben als "mentalen" Vorgang bezeichnet oder glaubt, ein Perzept sei erst ein Perzept, wenn Wahrgenommenes "geistig" verarbeitet worden sei. Wahrnehmen ist zweigliedrig: Ich (1) wahrnehme etwas (2). Erkennen ist dreigliedrig: Ich (1) erkenne Wahrgenommenes (2) als diesen Gegenstand (3). Gestaltwahrnehmung beruht zudem auf impliziten (unbewussten) Lernprozessen, das sind solche, durch die nicht-erlebte, erlebensjenseitige, (Gestalt)Funktionen im Gedächtnis miteinander verknüpft werden, wobei diese dann freilich durch nachfolgende Aktualisierung "ihre" Gestaltqualitäten produzieren, die das stets ganzheitliche Wahrnehmungserlebnis (Perzept) konstituieren. Erkennen dagegen beruht auf expliziten Lernprozessen, das sind solche, in denen bereits Erlebtes miteinander assoziiert wird. So wird das Wahrnehmungserlebnis "schwarzes Etwas" mit dem geistigen Erlebnis der Bedeutung und Bezeichnung "Rechteck" assoziiert. Visuelle Wahrnehmungen werden kognitiv und damit in üblichem Sinne "bewusst" in drei Schritten verarbeitet: # Globalauswertung. Mit dem ersten Blick auf ein Bild oder eine Szene konzentriert sich der Betrachter darauf, einen Gesamteindruck der Szene zu gewinnen. Die visuelle Information wird dabei kategorisiert (z.B. "Landschaft", "Person", ...) und einem Schema aus dem Erfahrungsschatz des Betrachters zugeordnet, das zum weiteren Verständnis benutzen wird. Mit Erfahrung ist hier das Ergebnis von expliziten (das heißt: auf bewussten Erlebnissen beruhenden) Lernprozessen gemeint. So erfolgt z.B. die Auswertung von Zeichnungen oder Texten mit völlig anderen Mitteln als die Auswertung einer dreidimensionalen Szene. # Detailauswertung. Nachdem der Betrachter sich einen Gesamteindruck verschafft hat, führt er eine Grobabtastung durch. Dazu lenkt er seinen Blick - oft aber nicht zwingend der Leserichtung folgend - über die Szene und ordnet die wahrgenommenen Informationen in das bereits aktivierte Schema ein oder nimmt im Bedarfsfall eine Neukategorisierung vor. Nach dieser Grobabtastung lenkt der Betrachter seinen Blick auf Bildbereiche, die visuell hervorstechen, z.B. durch Bewegung, Farbkontraste oder die Unterscheidung zwischen Vorder- und Hintergrund. # Elaborative Auswertung. Erst jetzt aktiviert der Wahrnehmende ein Modell zur Übersetzung der visuellen Information in ein mentales Modell, welches für seine reale Problematik und die zu lösende Aufgabe geeignet scheint. Die Betrachtung wird nun zielorientiert und konzentriert sich auf diejenigen Details, die zum Aufbau des mentalen Modells benötigt werden, z.B. das Gesicht oder die Geschlechtsmerkmale einer Person. Unwichtige Details werden bei diesem Vorgang ausgeblendet, im mentalen Modell nicht berücksichtigt und daher auch nicht bewusst wahrgenommen. Dieser letzte Schritt ist sehr individuell; Auswahl und Reihenfolge der berücksichtigten Details werden durch Übung und Erfahrung optimiert. Eine ausführlichere Beschreibung des mentalen Modells findet sich unter Wahrnehmungspsychologie. Weitere Informationen über die Augenbewegungen in Verbindung mit dem Wahrnehmungsprozess finden sich unter Blickbewegung. Der Wahrnehmungsprozess beim Lesen wird im Artikel Lesen ausführlicher dargestellt.

Visuelle Wahrnehmung bei anderen Lebewesen

Die bloße Möglichkeit, Licht wahrzunehmen, besitzen bereits Pflanzen, jedoch kann hier nicht von Sehen gesprochen werden, da Pflanzen nicht in der Lage sind, Farben und Strukturen zu differenzieren. Die Art und Weise, wie Lebewesen sehen, ist sehr unterschiedlich in Bezug auf die Gestaltwahrnehmung, das Sehen von Farben (Wellenlängen), die Auflösung und die Fähigkeit zum räumlichen Sehen (Stereoskopie). Die Fähigkeit zu Sehen ist dabei besonders deshalb für Lebewesen von vitaler Bedeutung, weil es ihnen hilft, sich in ihrer Umgebung zu orientieren, denn die Umgebung wird aufgrund von Reflexionen und Brechungen von Licht sichtbar. Ein völlig anderes Sehen weisen Insekten und Krebse auf, die über so genannte Facettenaugen verfügen; dabei ist beispielsweise das Bienenauge in rund 5000 Teilaugen, die Ommatidien, aufgeteilt; nach Karl von Frisch können Bienenaugen ultraviolettes Licht sehen, nicht dagegen rotes. Insekten besitzen neben dem Facettenauge außerdem noch ein weiteres visuelles Wahrnehmungsorgan, die drei Punktaugen (auch Stirnaugen oder Ocellen), die als Lichtmesser der Feststellung der absoluten Tageshelligkeit dient. Klapperschlangen und andere Grubenottern können durch ein "Wärmestrahlenauge" - das Grubenorgan, infrarotes Licht, also Wärmestrahlung wie Körperwärme sehen. Vermutlich besitzen dieses visuelle Sinnesorgan auch Nachtschmetterlinge.

Siehe auch


- Wahrnehmung, Sehereignis
- multistabile Wahrnehmung
- Kognition und Konstruktion
- Wahrnehmungsphysiologie
- Visueller Kortex, Bewegungssehen
- Inattentional Blindness

Literatur

Zur Sinneswahrnehmung bei Tieren:
- Vitus B. Dröscher: Magie der Sinne im Tierreich. München 1966 (3. Aufl., München 1984). ISBN 3-423-011-26-2 Zur Neurobiologie des Sehens:
- David Hubel: Auge und Gehirn : Neurobiologie des Sehens. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 1995
- Robert W. Rodieck: The First Steps in Seeing Sinauer Associates; Erste Auflage (15 Januar 1998). Die Bibel der visuellen Wahrnehmung für Neurobiologen.
- Richard Gregory: Auge und Gehirn : Psychologie des Sehens. Reinbek b. Hamburg 2001 Zur visuellen Gestaltwahrnehmung beim Menschen:
- Lothar Kleine-Horst: Evolutionär-psychologische Theorie des Sehens. Auftakt zu einem neuen wissenschaftlichen Weltbild. Köln, 1992 ISBN 3-928955-40-3 (Die Gestaltwahrnehmung nach der Neuen Gestaltpsychologie)
- Wolfgang Metzger: Gesetze des Sehens. Frankfurt/M: Kramer. 1953 Zur Psychosomatik des Sehens:
- Ilse Strempel, Das andere Augenbuch. Seele und Sehen - ein Leitfaden für Betroffene, KVC Verlag (Karl und Veronica Carstens-Stiftung) Essen 2004

Weblinks


- [http://www.allpsych.uni-giessen.de/karl/teach/aka.htm Grundlagen der visuellen Verarbeitung im Gehirn]
- [http://visor.unibe.ch/~bkersten/Texte/projektbeschreibung.pdf Visuelle Wahrnehmung, Schönheit & Kunst (Juni 2003; PDF-Datei, 1,5 MB)]
- [http://www.twk.tuebingen.mpg.de/twk98/TWK98.pdf Visuelle Wahrnehmung. Beiträge zur 1. Tübinger Wahrnehmungskonferenz, 1998 (PDF-Datei; etwa 500 kB)]
- [http://www.informatik.uni-hamburg.de/GRK/schwerpunkte/Wahrnehmung.html Visuelle Wahrnehmung und Aufmerksamkeit]
- [http://www.bewusstsein.ws/sehen/sehenset.htm Visuelle Wahrnehmung und das Bewusstsein sehen]
- http://www.neue-gestaltpsychologie.de
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/256352.html www.wissenschaft.de: Das Gehirn fügt wahrgenommene Einzelteile unbewusst zum Gesamtbild zusammen] Kategorie:Physiologie Kategorie:Sehen Kategorie:Wahrnehmung ja:視覚

Charge-coupled Device

Ein Charge-coupled Device (CCD) (Ladungsgekoppeltes Bauteil) ist ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil zur ortsauflösenden (fein gerasterten) Messung der Lichtstärke. CCDs sind integrierte Schaltkreise ("Chips"), also Halbleiterbauelemente und gehören deshalb zu den Halbleiterdetektoren.

Funktionsweise und Aufbau

Ursprünglich wurden CCD-Chips zur Datenspeicherung entworfen, es wurde jedoch schnell bemerkt, dass diese Chips lichtempfindlich sind und ein zur eingestrahlten Lichtmenge proportionales Signal ausgeben. Das Bauteil besteht aus einer Matrix (seltener: einer Zeile) mit lichtempfindlichen Zellen, die Pixel genannt werden (picture elements). Sie beruhen auf dem inneren fotoelektrischen Effekt und heißen daher eigentlich Photodiode. Die einfallenden Lichtquanten geben ihre Energie an Elektronen ab und "heben" diese dabei vom Valenzband ins Leitungsband des Halbleiters. Die Elektronen (oder die "Löcher" im Valenzband) werden während der Belichtung in "Potenzialtöpfen" gesammelt, es sammelt sich also elektrische Ladung ("charge") an.
Nach der Belichtung werden die Ladungen ähnlich einer Eimerkette schrittweise verschoben (daher der Wortbestandteil "coupled"). Zum Verschieben werden Spannungen an die Elektroden oberhalb der Ladungspakete angelegt, so dass die Ladungsträger von einer Elektrode nach der anderen angezogen werden. Der Aufbau ist identisch dem Feldeffekttransistor nur dass ganz viele Gates verwendet werden (bis zu 3 Gates beim Feldeffektransistor ). Schließlich erreichen die Ladungspakete eines nach dem anderen den Ausleseverstärker, es wird eine von der Ladung abhängige elektrische Spannung ausgegeben. Das Ausgangsignal eines CCD ist also seriell: die Ladungen der einzelnen Pixel werden hintereinander ausgegeben, wogegen das ursprüngliche Bild parallel entstand, indem alle Pixel gleichzeitig belichtet worden sind. Bei den meisten CCDs für Videokameras werden jeweils nur Halbbilder (d.h., erst alle ungeraden, dann alle geraden Zeilen) ausgegeben ("interlaced"). Für alle anderen Zwecke sind "progressive scan" CCDs üblich, bei denen die Zeilen in ihrer natürlichen Reihenfolge hintereinander ausggegeben werden. "interlaced" Während des Verschiebens der Ladungen sollen keine weiteren Ladungen durch Belichtung hinzukommen, um die Bildinformation nicht zu verfälschen. Es wurden verschiedene Anordnungen zur Lösung dieses Problems entwickelt, man unterscheidet Full-Frame-, Frame-Transfer- (FT), Interline-Transfer- (IT) und Frame-Interline-Transfer-CCDs (FIT).

Full-Frame-CCD (FF CCD)

Am einfachsten kann eine Belichtung des CCDs während des Auslesens mit einem mechanischen Verschluss verhindert werden. Diese Variante wird vor allem bei CCDs für wissenschaftliche oder astronomische Zwecke verwendet. Im CCD-Chip sind die lichtempfindlichen Zellen identisch mit den Zellen, durch die der Ladungstransport erfolgt ("full-frame CCD", also die ganze Fläche ist lichtempfindlich). Für die meisten Zwecke ist jedoch ein mechnischer Verschluss zu aufwendig oder störungsanfällig, dann können keine Full-Frame-CCDs verwendet werden. Full-Frame CCDs (manchmal auch "Full Frame Transfer CCDs genannt) als Bezeichnung des inneren Aufbaus des CCD-Chips sind nicht mit mit Full-Frame-CCDs im Sinne von Kleinbildformat-CCDs (24 x 36 mm, also ohne Crop- und Verlängerungsfaktor bei Verwendung normaler Kleinbildoptiken) zu verwechseln!

Frame-Transfer-CCD (FT CCD)

Bei FT-CCDs wird das gesamte Bild nach der Belichtung sehr rasch in einen abgedunkelten Bereich des CCD-Chips verschoben. Dann kann das Bild mit der üblichen (geringeren) Geschwindigkeit Ladungspaket für Ladungspaket ausgelesen werden; während dessen kann bereits wieder die Belichtung des nächsten Bilds beginnen. Die Zeit des raschen Verschiebens muss viel kürzer als die Belichtungszeit sein, weil sonst der Smear-Effekt zu stark wird. Daher sind FT-CCDs ohne mechanischen Verschluss (wie sie normalerweise eingesetzt werden) für sehr kurze Belichtungszeiten nicht geeignet (Bei manchen professionellen Videokameras wird ein rotierender Verschluss verwendet, um dieses Problem zu vermeiden). Wegen des abgedunkelten Bereichs braucht ein FT-CCD doppelt so viele Zellen (Potenzialtöpfe) wie Bildpunkte und muss auch doppelt so groß wie die Bildgröße sein.

Interline-Transfer-CCD (IT CCD)

Bei IT-CCDs wird die Ladung jedes Pixels seitlich in eine abgedeckte Zwischenspeicherzelle übernommen; dies geschieht für alle Pixel zugleich. Erst dann werden die Ladungen in den abgedunkelten Streifen in Richtung Ausleseverstärker verschoben. Daher ist kein mechanischer Verschluss nötig und es werden sehr kurze Belichtungszeiten möglich. Die geringere lichtempfindliche Fläche bei dieser Konstruktion wird bei neueren CCDs durch eine Sammellinse kompensiert, die über jedem Pixel liegt und das Licht auf die kleine lichtempfindliche Fläche fokussiert. Der Nachteil liegt darin, dass die Ladungen relativ lange im Transferregister neben den lichtempfindlichen Zellen verweilen, da sie nur langsam ausgelesen werden. Es kann daher passieren, dass Lichtwellen an den Abdunklungsstreifen in die Zwischenspeicherzellen hineingebeugt werden. Da die Speicherzellen zwar abgedeckt, aber prinzipiell immer noch lichtempfindlich sind, entstehen unerwünschte Ladungsträger in den Transferregistern, nachdem die Ladungen schon verschoben wurden (Smear-Effekt).

Frame Interline Transfer-CCD (FIT-CCD)

Eine Lösung dieses Problems bieten die FIT-Chips: Bei diesem Typ werden die gespeicherten Ladungen in den Zwischenspeicherzellen möglichst schnell in einen abgedunkelten Bereich verschoben. Er verbindet also das Prinzip des FT-Chips und das des IT-Chips. So ist einerseits durch die Zwischenspeicherzellen gewährleistet, daß die Ladungsträger nicht länger als nötig dem Licht direkt ausgesetzt sind, andererseits werden sie relativ schnell aus dem 'offenen' Bereich des Chips transportiert. Der Nachteil ist, daß nun pro effektivem Pixel drei Speicherzellen nötig sind, was diese Chips relativ teuer macht. Der schnelle Abtransport der Ladungen ist jedoch z.B. bei Hochgeschwindigkeitskameras unumgänglich.

CCD-Größen und Bauformen

Der CCD-Chip einer Digitalkamera besteht aus einer Matrix ("Array") von ca. 300.000 bis zu mehreren 10 Millionen solcher lichtempfindlicher Zellen, die den Pixeln des aufgenommenen Bildes entsprechen. Sie sind rechteckig oder quadratisch mit einer Kantenlänge von 5 bis 20 µm. Dazwischen verlaufen feine elektrische Leitungen, die zwar eine Lichteinbuße bedeuten, aber zum Auslesen und zur Abschirmung überbelichteter Zellen dienen. Größere Pixel bedeuten deshalb höhere Lichtempfindlichkeit, aber geringere Auflösung und dadurch unschärfere Bilder. Die Größe von CCD-Bildsensoren wird oft in Zoll (inch) angegeben, gebräuchliche Größen für professionelle Videokameras sind 2/3" und 1/2", für Prosumer-Geräte 1/3" und für Consumer-Geräte 1/4" oder 1/6". Da man bei alten Vidicon Bildaufnahmeröhren den Glasdurchmesser in Zoll angab und die nutzbare Fläche kleiner war, ist die angegebene Größe nicht mit der Bilddiagonale identisch. Die tatsächliche Bilddiagonale ist bei 1/2"-CCDs ca. 9 mm und bei 1/3"-CCDs ca. 6 mm. Vidicon Außer CCDs mit zweidimensionaler Anordnung von Bildpunkten, also Bildsensoren, sind auch CCD-Linien in Gebrauch, so genannte Zeilensensoren. Diese Sensoren liefern keine Bilder sondern werden z. B. in der Spektroskopie, in der Industrie zur Überwachung von Fließbändern oder bei Scannerkassen von Supermärkten zur optischen Abtastung (Scannen) verwendet. Bei den meisten CCDs wird die "Oberseite" des Siliziumplättchens beleuchtet, also die Seite, auf der die Halbleiterstrukturen hergestellt wurden (front-illuminated CCD). An der Oberfläche befinden sich dann Strukturen, die nicht lichtempfindlich sind (z.B. Elektroden aus polykristallinem Silizium). Vor allem kurzwelliges (blaues und ultraviolettes) Licht wird aber schon in den obersten Schichten absorbiert und gelangt nicht mehr in den darunter liegenden lichempfindlichen Bereich. Dieses Problem wird bei sogenannten back-illuminated CCDs vermieden. Dazu wird das Siliziumplättchen bis auf eine Dicke von 0,01 bis 0,02 mm abgeschliffen und abgeätzt und mit der lichtempfindlichen "Rückseite" nach oben eingebaut. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr teuer, daher werden back-illuminated CCDs nur dort verwendet, wo es auf hohe Empfindlichkeiten (Quantenausbeuten) für kurzwelliges Licht ankommt, also z.B. in der Spektroskopie oder Astronomie. Ein Nachteil der back-illuminated CCDs ist eine ungleichmäßige Empfindlichkeit ("etaloning") bei längeren Wellenlängen, weil durch Hin- und Herspiegelung des Lichts and der vorderen und hinteren Oberfläche Interferenzen wie im Fabry-Pérot-Interferometer auftreten.

CCDs für Farbbilder

Die lichtempfindlichen Elemente der meisten CCD-Sensoren sind für den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts und das nahe Infrarotlicht (bis zu einer Wellenlänge von ca. 1 Mikrometer) empfindlich und liefern ohne zusätzliche Maßnahmen nur Graustufenbilder. Für Farbbilder kommt bei teureren Videokameras ein Prismenblock zum Einsatz, der im Zusammenspiel mit großflächigen Farbfiltern das einfallende Bild in seine roten, grünen und blauen Anteile aufspaltet. Auf diesen Block ist an den Stellen, an denen die drei Farbauszüge des Bildes austreten, jeweils ein CCD-Chip aufgeklebt. Die Fertigung dieses mit CCD-Sensoren bestückten Prismenblocks muß sehr präzise sein, da sonst einzelne Farbkanäle nicht mehr scharf aufgenommen werden. In den meisten Farb-Videokameras und Digitalkameras für die Farbfotografie werden die Zellen des CCD-Chips abwechselnd mit Farbfiltern versehen. Ein Farbpunkt wird so aus mehreren für verschiedene Farben empfindlichen Zellen zusammengesetzt. Meist erhalten je zwei von vier Pixeln winzige Grünfilter, die anderen rote und blaue. So wird das menschliche Farbsehen angenähert, allerdings verringert sich die Farbauflösung auf ein Viertel der Graustufen-Auflösung. Um wieder eine bessere Schärfe zu erzielen, werden die dazwischen liegenden Pixelfarben mathematisch interpoliert. Die kombinierte Farb- und Helligkeitsinformation wird durch den (Bayer-Filter-)Algorithmus aus den einzelnen Elementen extrahiert. Anschließend wird sie beim meist verwendeten JPEG-Format in 8×8 großen Feldern durch Frequenzanalyse weiterverarbeitet, was gleichzeitig die Datenmenge reduziert. Das Funktionsprinzip des Foveon-X3-Sensors, bei dem die lichtempfindlichen Elemente für die Grundfarben übereinander in verschiedenen Schichten liegen, wird derzeit nur für CMOS-Sensoren und nicht für CCDs angewandt. Zusätzlich zu den erwähnten Farbfiltern verwenden alle Farb-CCD-Kameras Infrarot- und UV-Sperrfilter, um Farbverfälschungen durch Infrarot-Licht oder UV-Licht zu vermeiden. Bei manchen Kameras kann das Infrarot-Sperrfilter für Nachtaufnahmen abgeschaltet werden.

Benutzung

CCD-Kameras in der Forschung und der Industrie werden in der Regel per Rechner ferngesteuert oder speichern die Bilder automatisch auf Datenträger. Zur Beseitigung der Bildfehler auf dem Chip und in der Optik wird ein Weißbild und zur Beseitigung des Rauschen bei Langzeitaufnahmen (z.B. Astronomie) ein Dunkelbild benutzt.

Anwendungen

CCD-Chips können sowohl für sichtbare Wellenlängen als auch für Nah-Infrarot-, UV- und Röntgen-Bereiche hergestellt werden. Dadurch erweitert sich das Spektrum für Sonderanwendungen von 0,1 pm bis auf etwa 1,1 µm. Die Grenze zu langen Wellenlängen hin ist durch die Bandlücke des Halbleitermaterials begrenzt (ca. 1,1 eV für Si und 0,66 eV für Ge).
- CCDs sind daher sind vielfältig in Naturwissenschaften und Technik verwendbar, auch für sehr lichtschwache Objekte wie in der Astronomie.
- Bei der Videokamera ersetzten CCD-Sensoren das ältere Röhrenprinzip (Vidicon). Die klassische Auflösung der Videokameras nach PAL- oder NTSC-Norm liegt bei 440.000 Pixel (CCIR/PAL) bzw. 380.000 Pixel (EIA/NTSC) und Bildwiederholraten von 25 Hz (CCIR/PAL) bzw. 30 Hz (EIA/NTSC).
- Am Fotomarkt haben CCD-Digitalkameras eine Revolution bewirkt. Mit Erhöhung der Pixelanzahl erweiterten sich die Verwendungsmöglichkeiten der CCD-Chips auf praktisch alle fotografischen Anwendungen. Professionelle Fotokameras können durch Digitaltechnik mit Auflösungen von 5 bis 16 Megapixeln bereits in vielen Bereichen ersetzt werden. U. a. in der Fototechnik werden neben CCDs zunehmend auch CMOS-Sensoren (Low-end und Canon) eingesetzt, da deren Nachteile (Rauschen, geringere Empfindlichkeit) weitgehend behoben werden konnten.
- Allgemeine Messtechnik: Zeilenkameras werden neben der Industrie z. B. auch in Spektroskopen und Scannern eingesetzt.

Kenngrößen für die Qualität von CCD-Chips

Die wichtigsten Kenngrößen zur Charakterisierung der Qualität von CCDs sind:
- Die Quantenausbeute, also Wahrscheinlichkeit, dass ein einfallendes Lichtquant ein Photoelektron auslöst. Die Quantenausbeute von CCDs kann über 80 % betragen, gegenüber 5-10 % bei Fotofilmen.
- Der Dunkelstrom der lichtempfindlichen Zellen. Der Dunkelstrom ist nicht für alle Pixel völlig gleich, es kommt daher zu Dunkelstromrauschen, das eine Quelle des Bildrauschens ist. Weiters können einzelne "hot pixels", also Pixel mit besonders hohem Dunkelstrom auftreten.
- Die Anzahl der Ladungen, die in einem Pixel gespeichert werden können ("full well capacity" oder "well depth").
- Das Verhalten, wenn durch Überbelichtung in einzelnen Pixeln mehr Ladung erzeugt wird, als gespeichert werden kann. Tritt die Ladung in benachbarte Pixel über, spricht man von "Blooming". Viele CCD-Kameras vermeiden diesen Effekt, indem die überschüssigen Ladungen abgeleitet werden ("anti-blooming gate"), dadurch kann aber auch schon Ladung verloren gehen, bevor ein Pixel wirklich voll ist (der Zusammenhang zwischen Lichtmenge und Ladung ist dann nicht mehr linear, und genaue Messungen sind nicht mehr möglich).
- Die Effizienz des Ladungstransports zum Ausleseverstärker (Charge Transfer Efficiency).
- Das Rauschen des Ausleseverstärkers (Ausleserauschen, "readout noise"). Dunkelstrom und Rauschen werden bei hochempfindlichen Kameras durch Kühlen des CCDs verringert.

Neu- und Weiterentwicklungen


- Eine neue CCD-Chip-Entwicklung ist der Super-CCD-Sensor (Fuji-Patent) mit einer wabenförmigen Anordnung von achteckigen gegeneinander verschobenen Pixeln, die enger beieinander liegen und damit eine größere Anzahl von Pixeln auf eine gegebene Fläche bringen.
- EMCCD (Elektron Multiplying CCD)
- EBCCD (Elektron Bombarded CCD)

Weblinks


- [http://www.informatik.hu-berlin.de/~meffert/Seminararbeiten/Weitere/Cmos/Ccd-cmos.pdf Digitalkameratechnologien: CCD und CMOS (pdf-Datei)]
- [http://www.ccd-sensor.de/index.html www.ccd-sensor.de] Kategorie:Elektrische Bauelemente Kategorie:astronomisches Instrument Kategorie:Fototechnik Kategorie:Fernsehtechnik ja:CCDイメージセンサ ko:CCD

Spalt

Spalt ist
- ein pharmazeutisches Produkt; siehe Spalt-Tablette
- eine Stadt in Mittelfranken, Bayern; siehe Spalt (Stadt)
- ein Beugungsobjekt für elektromagnetische Wellen; siehe Beugung (Physik)
- allgemeinsprachlich eine Lücke in der Art einer Einkerbung in eine Oberfläche.

Gesichtsfeld

Als Gesichtsfeld bezeichnet man den Bereich, der mit einem Auge ohne Augenbewegungen erfasst werden kann. Bei einem Erwachsenen beträgt das Gesichtsfeld beider Augen horizontal zusammen ca. 190°, vertikal nur etwa 150°, wobei man am Rand (beidseits ~10°) nur mehr bewegte Objekte wahrnimmt. Die Prüfung des Gesichtsfeldes erfolgt mit der Perimetrie. Gesichtsfeldausfälle werden als Skotome bezeichnet.

Ovales, variables Gesichtsfeld

Das Gesichtsfeld hat quasi eine gewölbte ovale Form, doch hängt der Eindruck auch von der Körperlage ab: im Liegen wirkt das Oval umgekehrt geformt und bei flachem Horizont scheinen die zwei Horizontpunkte hinter dem Scheitel und fußwärts weiter voneinander entfernt zu sein als die zwei seitlichen Punkte. Dies geht vermutlich auf Beziehungen zwischen der Bildverarbeitung im Gehirn und dem Gleichgewichtssinn zurück. Das Gesichtsfeld ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zum einen ist es in der Kindheit und im Alter kleiner, was unter anderem zu einer geringeren Übersicht im Straßenverkehr führt. Hier macht es sich auch bemerkbar, dass das Gesichtsfeld kleiner wird, wenn man sich mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt. Einfluss auf die Größe des Gesichtsfeldes hat auch Alkohol und können Medikamente haben. Ein solcher „Röhrenblick“ oder auch „Tunnelblick“ kann auch psychisch oder durch starke Gefühle verursacht werden - z. B. durch die Angst eines Fahrschülers bei seinen ersten Fahrten. Forscher vom Institut für medizinische Psychologie der Universität Magdeburg fanden heraus, dass Übungen am Computer Ausfälle des Gesichtsfeldes nach Hirnverletzungen oder Schlaganfällen zurückbilden können. Sie stimulierten die geschädigten Hirnregionen der Patienten gezielt mit Lichtsignalen. Nach sechs Monaten und zwei halbstündigen Sitzungen täglich nahm die Sehkraft bei rund zwei Dritteln der Patienten zu. Ein Gesichtsfeldausfall behindert rund 100.000 Menschen nach einem Schlaganfall.

Räumliches Sehen

Ein einzelnes Auge besitzt ein Gesichtsfeld von ungefähr 150°, jedoch leicht exzentrisch (~15° nach außen). Dies erklärt einen Teil des größeren horizontalen Sichtwinkels von 190°. Die Gesichtsfelder beider Augen überschneiden sich in der Mitte. Dieser nasale Überschneidungsbereich beträgt bei gesunden Augen 100 bis 120° und hängt etwas von der Gesichtsform ab und damit - evolutionär bedingt - auch etwas von der Rasse. Nur im Bereich der Überschneidung hat man räumliches Sehen. Dieses so genannte stereoskopische Sehen ist eine erstaunliche Eigenschaft. Wir verdanken sie Nervenverbindungen und blitzartigen Methoden der Bildüberlagerung, die man technisch auch an schnellsten Computern kaum schafft. Es gibt aber Menschen, denen diese Fähigkeit fehlt. Beim Schielen sind die Augenmuskeln bzw. ihre Koordination gestört. Babys lernen schon im 2. Monat, ihre Augenbewegungen zu koordinieren - oft durch Gesichter, die sich über das Kind beugen. Vermutlich wird dieses Üben durch die zugehörige Stimme emotional gefördert und stärkt unser Wahrnehmungssystem: das Zusammenwirken von Auge, Gehör, Gleichgewichts- und Muskelsinn [Flehmig 1996].

Gesichtsfeld von Tieren

Das Gesichtsfeld anderer Lebewesen unterscheidet sich vom Menschen teilweise recht deutlich:
- Fliegen fast 360° (Facettenaugen)
- Frosch ca.330°
- Turmfalke 300°, Krokodil 290°
- Schleiereule 160°
- Schnecken (Napf- und Lochaugen) etwa 100-200°
- Quallen und Würmer (Flachaugen) ca. 100° - 180°, bei mehreren Augen selbstverständlich größer. Die einfachen Augen (Gruben-, Flach- und Punktaugen) sowie Napf- und Lochaugen sind allerdings nicht "bildgebend", sondern geben nur ungefähre Richtungen an. Echte Bilder erzeugen erst die Facettenaugen höherer Insekten durch die Gruppierung länglicher Lichtkanäle, sowie die Linsenaugen größerer Tiere. Siehe auch: Gesichtsfeld (Optik), Opernglas, Physiologische Optik, Visier, Explorationstraining, Perimetrie, Fernrohr, Tunnelblick

Literatur


- H. Schober: Das Sehen, Band I, Fachbuchverlag Leipzig, 1957
- G. Gerstbach: Auge und Sehen - der lange Weg zu digitalem Erkennen, Sternenbote Heft 11/99, ca. 15 S., Wien, 1999
- I. Flehmig: Normale Entwicklung des Säuglings, 5. Aufl., Thieme Verlag Stuttgart, 1996 Kategorie:Augenheilkunde

Angelo Secchi

Angelo Secchi (
- 29. Juni 1818 in Reggio Emilia, Italien; † 26. Februar 1878 in Rom) war ein italienischer Astronom und Jesuitenpater. Secchi schloss sich bereits im Alter von 15 Jahren dem Jesuitenorden an und wurde mit 17 Student am Collegio Romano. Dort erhielt er neben der Ordensausbildung die Möglichkeit des Studiums der Astronomie. Zur Zeit der revolutionären Römischen Republik Rom mussten die Jesuiten die Stadt verlassen und Secchi ging mit einigen seiner Lehrer ins Exil. In dieser Zeit arbeitete er an den Sternwarten von Stonyhurst in England sowie des Georgetown College in Washington, D.C., in den USA
Nach seiner Rückkehr nach Rom übernahm er 1850 die Leitung der Sternwarte des Collegio Romano. Secchi zerlegte das Licht der Sterne und der Sonne mithilfe von Prismen. Durch die Verteilung der Farbmuster und dunklen Absorptionslinien bestimmte er die chemische Zusammensetzung der Sonnen- und Sternatmosphäre. Er unterschied vier unterschiedliche Spektralklassen.
Secchis Arbeiten auf diesem Gebiet waren bahnbrechend und er gilt als der Wegbereiter der Spektralanalyse. Secchi beschäftigte sich darüber hinaus mit dem Einfluss der Sonne auf die Erdatmosphäre und deren elektrischen Erscheinungen sowie mit der Meteorologie. Secchi untersuchte auch die Lichtdurchlässigkeit im Mittelmeer, wofür er ein spezielles Messverfahren entwickelte. Die von ihm erfundene und sogenannte Secchischeibe findet auch heute noch in der angewandten Limnologie Verwendung. Ihm zu Ehren wurden ein 22 km großer Krater sowie eine 50 km lange Gebirgsgruppe, die Montes Secchi, auf dem Mond benannt. Secchi, Angelo Secchi, Angelo Secchi, Angelo Secchi, Angelo Secchi, Angelo Secchi, Angelo Secchi, Angelo

1870

Ereignisse

Ereignisse
- 18. Juli: Das I. Vatikanische Konzil verkündet das Dogma von der Unfehlbarkeit des Papstes
- 19. Juli: Mit der Kriegserklärung Frankreichs an Preußen beginnt der Deutsch-Französische Krieg
- 4. August: 1. Schlacht im Deutsch-Französischen Krieg bei Wissembourg/Weissenburg, Nord-Elsass
- 6. August: Erstürmung der Spichener Höhen (Saarland) durch deutsche Truppen
- 18. August: Sturm auf St. Privat (Metz, Frankreich) der französischen Hauptarmee
- 1. September: Schlacht bei Sedan
- 2. September: Nach der Niederlage bei Sedan im Deutsch-Französischen Krieg kapituliert Frankreich; Treffen Otto von Bismarcks mit Napoleon III. in Donchery
- 3. September: Napoleon III. wird im Schloss Wilhelmshöhe in Kassel interniert
- 19. September: Beginn der Belagerung von Paris
- 20. September: Italienische Truppen besetzen Rom, die Hauptstadt des Kirchenstaates. Papst Pius IX. betrachtet sich im Vatikan als "Gefangener".
- 2. Oktober: Die Bewohner des Kirchenstaates haben der Vereinigung mit dem Königreich Italien zugestimmt; Unabhängigkeit Italiens; Rom wird an Stelle von Florenz Hauptstadt.

Politik


- 13. Juli: Die sog. "Emser Depesche" veranlasst Frankreich Preußen (und somit dem Schutz- und Trutzbündnis) den Krieg (Deutsch-Französischer Krieg) zu erklären.
- 15. Juli: Manitoba wird kanadische Provinz

Wirtschaft


- 26. Februar: Gründung der Commerzbank AG in Hamburg
- 9. April: In Berlin eröffnet die Deutsche Bank AG ihren Betrieb
- 25. Juni: Der erste Verkaufstag der „Korrespondenzkarten“ bringt in Berlin einen Absatz von 45.000 Stück dieser neuen Postkarten

Wissenschaft und Technik


- Troja wird wiederentdeckt und ausgegraben
- Washburn-Langford-Doane-Expedition durch das Gebiet des heutigen Yellowstone-Nationalparks, USA
- Erste Fahrversuche mit einem primitiven benzinbetriebenen Fahrzeug durch Siegfried Marcus

Geboren


- 2. Januar: Ernst Barlach, deutscher Schriftsteller, Bildhauer und Zeichner († 1938)
- 6. Januar: Eduard Stemplinger, deutscher Schriftsteller († 1964)
- 6. Januar: Gustav Bauer, deutscher Politiker, Ministerpräsident und Reichskanzler († 1944)
- 8. Januar: Miguel Primo de Rivera, spanischer General und Diktator († 1930)
- 16. Januar: Wilhelm Normann, deutscher Chemiker († 1939)
- 22. Januar: Charles Tournemire, Komponist († 1939)
- 25. Januar: Helge von Koch, schwedischer Mathematiker († 1924)
- 2. Februar: Annette Kolb, deutsche Schriftstellerin († 1967)
- 7. Februar: Alfred Adler, österreichischer Psychologe und Nervenarzt († 1937)
- 12. Februar: Hugo Stinnes, deutscher Großindustrieller und Politiker († 1924)
- 13. Februar: Leopold Godowski, polnischer Pianist und Komponist († 1938)
- 24. Februar: Jules-Géraud Saliège, Erzbischof von Toulouse und Kardinal († 1956)
- 3. März: Géza Maróczy, ungarischer Schachspieler († 1951)
- 5. März: Frank Norris, US-amerikanischer Schriftsteller († 1902)
- 6. März: Oscar Straus, österreichischer Operettenkomponist († 1954)
- 12. März: Grigol Zereteli, georgischer Altphilologe und Stalin-Opfer († 1938)
- 13. März: Albert Meyer, Schweizer Politiker († 1953)
- 20. März: Ernst Lejeune, deutscher Kaufmann und Numismatiker († 1944)
- 20. März: Paul von Lettow-Vorbeck, preußischer Generalmajor und Schriftsteller († 1964)
- 31. März: George Holt Thomas, britischer Verleger und Luftfahrtpionier († 1929)
- 6. April: Oskar Vogt, deutscher Hirnforscher († 1959)
- 7. April: Gustav Landauer, Theoretiker und Aktivist des deutschen Anarchismus († 1919)
- 15. April: Mina Benson Hubbard, kanadische Forschungsreisende († 1956)
- 17. April: Max Berg, deutscher Architekt († 1947)
- 17. April: Rudolf Pöch, österreichischer Ethnograph, Anthropologe und Forscher († 1921)
- 22. April: Lenin, russischer Politiker, Kopf der Oktoberrevolution († 1924)
- 24. April: Otto Reutter, deutscher Komiker († 1931)
- 30. April: Franz Lehár, österreichischer Komponist ungarischer Herkunft († 1948)
- 5. Mai: Erdmann Graeser, deutscher Schriftsteller († 1937)
- 9. Mai: Hans Baluschek, deutscher Maler, Graphiker und Schriftsteller († 1935)
- 10. Mai: Franz Xaver Müller, österreichischer Komponist, Priester und Domkapellmeister († 1948)
- 24. Mai: Jan Christiaan Smuts, südafrikanischer Staatsmann und Soldat († 1950)
- 13. Juni: Jules Bordet, belgischer Biologe und Immunologe († 1961)
- 14. Juni: Sophie von Preußen, Ehefrau von Konstantin I. von Griechenland († 1932)
- 21. Juni: Clara Immerwahr, zweite Frau mit Doktorwürde in Deutschland († 1915)
- 1. Juli: Léonard Misonne, Fotograf († 1905)
- 8. Juli: Gertrud Grunow, deutsche Opernsängerin und Pianistin († 1944)
- 21. Juli: Emil Orlik, böhmischer Maler, Grafiker und Kunsthandwerker († 1932)
- 2. August: Marianne Weber, deutsche Frauenrechtlerin, Soziologin und Rechtshistorikerin († 1954)
- 7. August: Gustav Krupp von Bohlen und Halbach, Leiter des Krupp-Konzerns († 1950)
- 12. August: Karl Denke, deutscher Serienmörder († 1924)
- 30. August: Lawr Georgijewitsch Kornilow, russischer General († 1918)
- 31. August: Maria Montessori, italienische Ärztin, Philosophin und Philanthropin († 1952)
- 19. September: Willem Jan Aalders, niederländischer Theologe († 19. März 1945)
- 22. September: Iwan Alexejewitsch Bunin, russischer Schriftsteller, Nobelpreisträger († 1953)
- 23. September: Georg Langerhans, Bürgermeister von Köpenick († 1918)
- 26. September: Christian X. (Dänemark), König von Dänemark († 1947)
- 28. September: Florent Schmitt, französischer Komponist († 1958)
- 30. September: Jean-Baptiste Perrin, französischer Physiker († 1942)
- 2. Oktober: Johannes Baptista Sproll, Bischof und Gegner des Nationalsozialismus († 1949)
- 10. Oktober: Josephine Siebe, Redakteurin, Kinderbuchautorin († 1941)
- 2. November: Gustav Ricker, Wissenschaftler und Arzt († 1948)
- 6. November: Herbert Louis Samuel, britischer Politiker und Diplomat († 1963)
- 21. November: Alexander Berkman, litauischer Anarchist und Schriftsteller († 1936)
- 21. November: Sigfrid Edström, schwedischer Unternehmer und Sportfunktionär († 1964)
- 22. November: Howard Brockway US-amerikanischer Komponist († 1951)
- 25. November: Maurice Denis, französischer Maler des Symbolismus († 1943)
- 27. November: Juho Kusti Paasikivi, finnischer Politiker und Staatspräsident († 1956)
- 30. November: Gertrud Eysoldt, deutsche Schauspielerin und Regisseurin († 1955)
- 5. Dezember: Vítězslav Novák, tschechischer Komponist († 1949)
- 10. Dezember: Adolf Loos, österreichischer Architekt und Architekturtheoretiker († 1933)
- 14. Dezember: Karl Renner, österreichischer Bundeskanzler und Bundespräsident († 1950)
- 15. Dezember: Alexander Lion, Arzt, Pfadfinder († 1962)
- 15. Dezember: Josef Hoffmann, österreichischer Architekt und Designer († 1956)
- 18. Dezember: Hector Hugh Munro, britischer Schriftsteller († 1916)
- 28. Dezember: Charles Bennett, britischer Leichtathlet und Olympiasieger († 1949)
- 30. Dezember: Josef Müller, Schweizer Spitalpfarrer und Sammler von Volkssagen († 1929)

Gestorben


- 9. Januar: George De Lacy Evans, britischer General (
- 1787)
- 10. Januar: Heinrich Gottlieb Kühn, Arkanist und Direktor der Königlichen Porzellanmanufaktur (
- 1788)
- 25. Januar: Victor de Broglie, französischer Staatsmann und Diplomat (
- 1785)
- 25. Januar: Victor de Broglie, Französischer Staatsmann und Diplomat (
- 1785)
- 1. Februar: Auguste Regnaud de Saint-Jean d'Angely, französischer General, Marschall von Frankreich (
- 1794)
- 25. Februar: Henrik Hertz, dänischer Schriftsteller (
- 1798)
- 1. März: Francisco Solano López, Präsident Paraguays (
- 1827)
- 9. März: Theodore Labarre, französischer Harfenvirtuose und Komponist (
- 1805)
- 15. März: Matthäus Friedrich Chemnitz, schrieb den Text für das Schleswig-Holstein-Lied (
- 1815)
- 29. März: Paul Émile Botta, französischer Archäologe und Konsul (
- 1802)
- 2. April: Patrick Gass, US-amerikanischer Soldat und Entdecker (
- 1771)
- 5. April: Heinrich Gustav Magnus, deutscher Physiker und Chemiker (
- 1802)
- 7. April: Claude Félix Abel Niepce de Saint-Victor, französischer Chemiker, Erfinder und Fotograf (
- 1805)
- 8. April: Charles Auguste de Bériot, belgischer Violinist, Violinpädagoge und Komponist (
- 1802)
- 11. April: Justo José de Urquiza, Präsident Argentiniens 1856–1864 (
- 1801)
- 16. April: Maria-Carolina von Bourbon-Sizilien, älteste Tochter König Franz I. von Neapel (
- 1798)
- 1. Mai: Gabriel Lamé, französischer Mathematiker und Physiker (
- 1795)
- 15. Mai: Harro Paul Harring, Revolutionär, Dichter und Maler (
- 1798)
- 30. Mai: Charles Duncan Cameron, englischer Offizier und Konsul in Abessinien
- 9. Juni: Charles Dickens, englischer Schriftsteller (
- 1812)
- 18. Juni: Karl Eduard Vehse, deutscher Geschichtsschreiber (
- 1802)
- 20. Juni: Jules de Goncourt, französischer Schriftsteller (
- 1830)
- 22. Juli: Josef Strauß, österreichischer Komponist und Dirigent (
- 1827)
- 14. August: David Glasgow Farragut, bekannter US-amerikanischen Marineoffiziere (
- 1801)
- 21. August: Gustav von Struve, deutscher Politiker, Rechtsanwalt, Publizist und Revolutionär von 1848/49 (
- 1805)
- 1. September: Charles Joseph Flahaut, französischer General und Politiker (
- 1785)
- 11. September: Joseph Anton von Maffei, deutscher Industrieller, Eisenbahnfabrikant (
- 1790)
- 12. September: Carl August von Steinheil, deutscher Physiker (
- 1801)
- 20. September: John Brinckman, plattdeutscher Schriftsteller (
- 1814)
- 23. September: Prosper Mérimée, französischer Schriftsteller (
- 1803)
- 6. Oktober: Johann Andreas Schubert, er war Architekt (
- 1808)
- 12. Oktober: Robert Edward Lee, General der US-Armee und im Sezessionskrieg (
- 1807)
- 20. Oktober: Michael William Balfe, irischer Komponist und Sänger (
- 1808)
- 24. Oktober: Antonius Maria Claret, heiliger spanischer Bischof und Ordensgründer (
- 1807)
- 29. Oktober: Frédéric Bazille, französischer Maler (
- 1841)
- 1. November: Frederick Chamier, englischer Schriftsteller (
- 1796)
- 24. November: Comte de Lautréamont, französischer Schriftsteller des 19. Jahrhunderts (
- 1846)
- 24. November: Isidore Ducasse, war französischer Dichter (
- 1846)
- 5. Dezember: Alexandre Dumas, französischer Schriftsteller (
- 1802)
- 12. Dezember: August von Voit, deutscher Architekt (
- 1801)

Staatsoberhäupter

Europa


- Portugal: Ludwig I., König von Portugal, (1861–1889)
- Schweiz: Jakob Dubs, Bundespräsident der Schweiz, (1870) ko:1870년 simple:1870

Astronomie

] Die Astronomie (griechisch αστρονομία - wörtlich die Gesetzmäßigkeit der Sterne, aus άστρο, ástro - der Stern und νόμος, nómos - das Gesetz) ist die Wissenschaft von den Gestirnen. Sie untersucht mit naturwissenschaftlichen Mitteln die Eigenschaften der Objekte im Weltall, also neben Planeten und Sternen einschließlich der Sonne, Sternhaufen, der interstellaren Materie, Galaxien, Galaxienhaufen und der im Weltall auftretende Strahlung. Darüber hinaus strebt sie nach einem Verständnis des Universums als Ganzes; seiner Entstehung und seinem Aufbau.

Geschichte der Astronomie

Entstehung] Siehe auch den Hauptartikel Geschichte der Astronomie. Die Astronomie gilt als eine der ältesten Wissenschaften. Die Anfänge der Geschichte der Astronomie liegen wahrscheinlich in der kultischen Verehrung der Himmelskörper. In einem jahrtausendelangen Prozess trennten sich zunächst Astronomie und Naturreligion, später Astronomie und Astrologie. Wesentliche Meilensteine für unser Wissen über das Weltall waren die Erfindung des Fernrohrs vor etwa 400 Jahren, das die kopernikanische Wende vollendete, sowie später im 19. Jahrhundert die Einführung der Fotografie und Spektroskopie. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts hat die Astronomie mit der unbemannten und bemannten Raumfahrt die Möglichkeit die Erdatmosphäre zu überwinden und ohne ihre Einschränkungen zu beobachten, also in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Dazu kommt erstmals die Möglichkeit, die untersuchten Objekte direkt zu besuchen und dort andere als nur rein beobachtende Messungen durchführen. Parallel dazu werden immer größere Teleskope für bodengebundene Beobachtungen gebaut.

Fachgebiete der Astronomie

Teleskop] Die astronomische Wissenschaft unterteilt sich im Allgemeinen nach den untersuchten Objekten, sowie danach, ob die Forschung theoretischer oder beobachterischer Natur ist. Wichtige Fachgebiete sind die Physik der Sterne und der Sonne, das Sonnensystem und andere Planetensysteme, das interstellare Medium, die Milchstraße und ihr Zentrum, der Aufbau anderer Galaxien und ihrer aktiven Kerne, das Verständnis der Gammablitze als die energiereichsten Vorgänge im Universum, relativistische Astrophysik (z.B. Schwarze Löcher) und die Kosmologie. Zunehmend weniger wird die Astronomie nach benutzten Wellenlängenbereichen eingeteilt, also Radioastronomie, Infrarotastronomie, Visuelle Astronomie, Ultraviolettastronomie, Röntgenastronomie, und Gammaastronomie, da im Idealfall Informationen aus allen diesen Quellen auch vom einzelnen Forscher herangezogen werden. Mit der Astronomie sehr eng verbunden ist die Physik, beide Fachgebiete haben sich vielfach befruchtet. Das Universum erweist sich in vielen Fällen als Laboratorium der Physik, viele Theorien der Physik können nur am Himmel getestet werden. In den letzten Jahrzehnten ist auch die Zusammenarbeit der Astronomie mit der modernen Geologie und der Geophysik immer wichtiger geworden, da sich diese Wissenschaften in gewissen Bereichen, etwa der Planetologie, mit denselben Objekten befassen. Insbesondere gilt dies für unser eigenes Sonnensystem, für dessen Erforschung Geologie und Geophysik heute einen unverzichtbaren Beitrag leisten. Die Astrobiologie untersucht die Entstehung und Existenz von Leben außerhalb der Erde.

Astronomie und andere Wissenschaften

Astrobiologie] Neben den engeren Methoden der klassischen Astronomie, die sich mit den Mitteln der Astrometrie und der Himmelsmechanik mit dem Aufbau des Weltalls beschäftigt, und der Astrophysik, die die Physik des Weltalls und der Objekte darin erforscht, gibt es zunehmend fächerübergreifende Forschung. Die Astronomie überschneidet sich mit den Wissenschaften der Chemie, Geologie, Geophysik, Mineralogie, Geodäsie, Biologie, und Mathematik. Zahlreiche Bauten und Funde aus vor- und frühgeschichtlicher Zeit werden in astronomischen Zusammenhang interpretiert. Da sich die Astronomie außerdem mit den Fragen nach der Entstehung, der Entwicklung und dem Ende des Universums beschäftigt, gibt es darüberhinaus Schnittpunkte zu Religionswissenschaft und Philosophie.

Referenzen

Siehe auch

Amateurastronomie - Liste bekannter Astronomen - Sternwarte Einen thematischen Zugang zu den Artikeln bietet das Portal:Astronomie und die Astronomiekategorien, außerdem gibt es einen alphabetischen Index der Astronomieartikel.

Literatur


- Joachim Herrmann: dtv-Atlas Astronomie. Dtv, März 2005, ISBN 3423032677
- Astronomie. Basiswissen Schule (Duden), m. CD-ROM, 2001. 271 S. ISBN 3-411-71491-3
- Der neue Kosmos, Albrecht Unsöld, Bodo Baschek, ISBN 3-540-42177-7, Standardlehrbuch für das Studium
- Meyers Handbuch Weltall, Wegweiser durch die Welt der Astronomie, 7. überarb. Aufl., 1994, ISBN 3-411-07757-3

Periodika


- Sterne und Weltraum [http://www.suw-online.de/], Monatszeitschrift für Astronomie
- Interstellarum [http://www.interstellarum.de/], 2-Monatszeitschrift für praktische Astronomie
- Astronomie Heute [http://www.astronomieheute.de/], Populäres Magazin für Astronomie und Raumfahrt (10 Ausgaben/Jahr, deutsche Ausgabe von Sky & Telescope)
- Astronomische Nachrichten [http://www.aip.de/AN/], englischsprachiges Fachjournal

Videos


- Real Video Streams aus der Fernsehsendung Alpha Centauri, siehe auch das [http://www.br-online.de/alpha/centauri/archiv.shtml Archiv der Sendung]
  - [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=980927.rm Warum betreiben wir Astronomie?]
  - [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=020106.rm Quo vadis Astronomie?]

Weblinks


- http://www.mpia-hd.mpg.de/suw/suw/SuW/BR-alpha/Elsaesser/Warum_Astronomie-1.html: Warum betreiben wir Astronomie?
- http://www.dsa-faq.de/: Häufig gestellte Fragen in der Deutschen Astronomie-Newsgroup
- http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ NASA: Astronomy Picture of the Day / täglich ein neues astronomisches Bild mit fundierter Erläuterung Für aktuelle Himmelsinformationen, Hinweise zur eigenen Beobachtung und Seiten astronomischer Amateurvereinigungen siehe auch die Links unter Amateurastronomie. ! ja:天文学 ko:천문학 ms:Astronomi simple:Astronomy