Polarisiertes Licht Das sieht nicht jeder gleich
Sonnenbrillen haben polarisierende Gläser. Heuschrecken und Bienen nutzen die Polarisation des Lichts bei der Orientierung. Doch was ist polarisiertes Licht überhaupt?
Bienen tun es. Heuschrecken brauchen es. Und auch manche Fledermaus-Arten benutzen es. Immer wieder erklären Forscher, dass bestimmte Tierarten sich mit Hilfe von polarisiertem Licht orientieren. Aber was ist denn polarisiertes Licht überhaupt?
In welche Richtung geht´s?
Polarisation - das klingt nach gegensätzlich, also nach Richtungen. Und polarisiertes Licht hat auch mit Richtungen zu tun. Genauer mit der Richtung, in der die Lichtwellen schwingen.
Was ist Licht?
Licht selber ist nicht sichtbar. Man sieht es erst, wenn es auf einen Stoff wirkt. Wenn es zum Beispiel von einem Gegenstand reflektiert wird. Welcher Teil des Lichts wie stark reflektiert wird legt fest, in welcher Farbe wir den Gegenstand sehen. Die Wiese reflektiert besonders viel grünes Licht, Erdbeeren reflektieren besonders viel rotes Licht.
Licht wird reflektiert - es verhält sich also wie ein Teilchen, das gegen einen Gegenstand stößt und wieder abprallt. Viele Experimente bestätigen diese Annahme, am bekanntesten: der Photoeffekt. Aber 1802 zeigte Thomas Young im Doppelspaltexperiment, dass sich Licht überlagert und dabei verstärken und auch auslöschen kann, das nennt man Interferenz. Es verhält sich also auch wie eine Welle.
Wie sich Licht verhält, als Teilchen oder Welle, hängt davon ab, wie man es misst. Licht hat beide Eigenschaften. Der Name dafür: Welle-Teilchen-Dualismus.
Wie schwingen Lichtwellen?
Für die Erklärung von Polarisation ist die Wellen-Eigenschaft von Licht wichtig. Licht ist eine Transversalwelle, das heißt, es schwingt senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung.
Longitudinal, statt transversal
Eine andere Form der Schwingung ist die Longitudinalwelle, dabei sind Schwingrichtung und Ausbreitungsrichtung gleich. So zum Beispiel bei Schallwellen: Die Teilchen in der Luft werden vom Lautsprecher weggedrückt und stoßen die nächsten Teilchen an, dann schwingen sie wieder zurück. Der Ton breitet sich weiter in die Richtung aus, in die die Teilchen gedrückt werden.
Ein weiteres Beispiel: Wasserwellen schwingen transversal. Das Wasser bewegt sich hoch und runter und gleichzeitig breitet sich die Welle horizontal in Richtung Strand aus.
Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, das heißt nicht nur hoch und runter, sondern auch rechts und links oder beliebig viele andere Richtungen, aber immer senkrecht zum Strahl.
Licht kann in verschiedenen Richtungen schwingen
Der unsichtbare Unterschied
Diese Freiheit, dass es in viele verschiedene Ausbreitungsrichtungen schwingen kann, nutzt das Licht auch. Das Licht, was von der Sonne kommt, ist unpolarisiert. Das heißt, es schwingt in beliebige Richtungen, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Wenn das aber nicht der Fall ist und Licht nur in einer Ebene schwingt, dann nennt man es polarisiert, genauer linear polarisiert.
Unpolarisiertes und linear polarisiertes Licht
Menschen können die Polarisation des Lichts nicht sehen. Tiere wie Heuschrecken der Art Schistocerca gregaria, Bienen oder Mausohrfledermäuse können die Polarisation aber wahrnehmen. Und sie nutzen das polarisierte Licht zur Orientierung.
Muster im Himmel
Sie nutzen polarisiertes Licht zur Orientierung
Wenn das Licht von der Sonne unpolarisiert ist, wie hilft es dann aber den Tieren? Licht kann auf verschiedene Arten polarisiert werden. Bei der Brechung oder Reflexion an Wasserflächen beispielsweise, wird dem Licht eine bestimmte Schwingrichtung aufgezwungen, es ist polarisiert.
Wichtig für die Orientierung von Heuschrecken und Bienen ist die Atmosphäre. Hier wird das Sonnenlicht gebrochen und reflektiert, es ist also polarisiert. Das Besondere: An jedem Punkt des Himmels bleibt eine Vorzugsrichtung der Schwingung übrig. Es entsteht ein Muster, das Polarisationsmuster des Himmels.
Polarisationsmuster des Himmels
Die Polarisationsrichtungen, also die Schwingrichtungen des Lichts, bilden dabei Kreise um die Sonne. Sie stehen also im rechten Winkel auf der Richtung, in der die Sonne zu finden ist. Genau das nutzen die Tiere bei der Orientierung. Sie brauchen nur nach oben zu schauen und können das Polarisationsmuster des Himmels wahrnehmen. Sehen sie die Schwingrichtung, wissen sie: Im rechten Winkel dazu ist die Sonne zu finden. Das funktioniert sogar bei Wolken oder wenn die Heuschrecken tief im Gras sitzen und nur einen kleinen Teil des Himmels sehen.
Mit Polarisation besser sehen
Licht, das reflektiert wurde, ist polarisiert. Das machen sich Brillenhersteller zunutze. Sie beschichten ihre Gläser mit einem Polarisationsfilter. Dieser lässt nur eine Schwingungsrichtung des Lichts durch, alle anderen Richtungen werden abgeschwächt oder komplett ausgelöscht. Dadurch blendet beim Blick aufs Meer die Spiegelung der Sonne im Wasser nicht mehr.
2015 - Das Jahr des Lichts
2015 ist das "Internationale Jahr des Lichts" Licht ist elementare Lebensvoraussetzung für Menschen, Tiere und Pflanzen, daran wollen die Vereinten Nationen erinnern. Außerdem fallen 2015 viele wichtige Jahrestage zusammen: