Helligkeit
Helligkeit ist ein Überbegriff subjektiver und objektiver Messgrößen für die räumlich und farblich gemittelte Stärke einer sichtbaren Wahrnehmung.
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Helligkeit als Sinnesempfindung
Das Wort Helligkeit wird meist für die subjektive Lichtempfindung benützt, wie sie auf das Auge des Beobachters wirkt (siehe Lit.1). Diese Sinnesempfindung ist physikalisch etwa dem Logarithmus des Reizes proportional (siehe Weber-Fechner-Gesetz), kann aber bei verschiedenen Personen etwas unterschiedlich sein. Sie hängt insbesondere von der spektralen Empfindlichkeit der Sehzellen ab, die bei den meisten Menschen in der Wellenlänge 0,47 µm (gelb-grün) am höchsten ist (Maximum der Sonnenstrahlung), bei vielen Tieren aber zu anderen Farben verschoben ist (z.B. Katzen oder Bienen).
Das menschliche Auge arbeitet in einem sehr großen Helligkeitsbereich, der Lichtintensitäten von 1 : 10 Milliarden entspricht (Sehschwelle 10-13 Lumen, siehe Lit.2). Dennoch können wir verschiedene Helligkeiten als unterschiedlich wahrnehmen, sobald sich ihre Lichtmenge um mehr als 10% unterscheidet. Darauf beruht die fotometrische "Stufenmethode" für scheinbare Helligkeiten, die der Astronom Friedrich Argelander um 1840 entwickelt hat.
Objektivierung der Helligkeit
Will man Helligkeiten objektiver bestimmen, sind zwei Effekte besonders zu berücksichtigen:
a) die individuellen Eigenschaften des Auges
b) gleichzeitige Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und im angrenzenden Infrarot bzw. UV.
Der Begriff "Helligkeit" versteht sich dann allgemeiner als Intensität der auf einen Beobachter oder Sensor wirkenden Strahlung, die räumlich und über ein Frequenzband mit benachbarter elektromagnetischer Strahlung gemittelt wird. Besonders wichtig ist dies in der Physik bei der sogenannten Schwarzkörper-Strahlung. In der Astronomie ist diese Mittelung von Bedeutung, wenn die relativen oder absoluten Helligkeiten von Sternen oder anderen astronomischen Objekten ermittelt werden. Die je nach vorherrschender Lichtfarbe unterschiedliche visuelle bzw. fotografische Helligkeit wird hier z.B. um einen Farbindex ergänzt.
Physikalische Definition
Als rein physikalische Messgröße wird die Helligkeit durch die Lichtstärke ersetzt, welche die von einem Objekt ausgehende, spektral gemittelte Strahlung in der Maßeinheit Candela (cd) angibt.
Die Helligkeitsskala kann auch durch die Energie des einfallenden Lichtes definiert werden, womit die o.a. Subjektivität bei der Wahrnehmung von Flächen- oder Sternhelligkeiten wegfällt. Wenn m die Magnituden und L die gemessenen Lichtströme zweier Sterne sind, ist ihr Helligkeitsunterschied
Für Δ m = 1 entspricht dies einem Verhältnis der Lichtenergie von 1 : 2,512 bzw. einem Logarithmus von 0,4.
Als Referenzwert dieser an sich relativen Skala dient 2,1 mag für den Polarstern, bzw. Null für die Wega (hellster Stern des Nordhimmels), womit die seit 2000 Jahren übliche Helligkeitsskala des Hipparchos für moderne Messinstrumente und auch für helle Objekte (wie die Sonne) adaptiert ist.
Literatur
- H.Schober: Das Sehen, Band I (z.T. Band II). VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1957 und 1964
- G.Gerstbach: Auge und Sehen - der lange Weg zu digitalem Erkennen. Sternenbote Heft 11/99, p.142-157, Wien 1999
- A.Schödlbauer: Geodätische Astronomie – Grundlagen und Konzepte. 634 p., De Gruyter-Verlag, Berlin 2000.
Siehe auch:
- Beleuchtungsstärke, Bildschirm, fotometrische-, bolometrische Helligkeit,
- Licht, Farbtemperatur, Fotometrie, Grauwert, Sichtbarkeit.