Brillenoptik – oder: Analytisches Sehen mit einem “Visor” des 21. Jh.

Ich nehme jetzt Sternspektren mit meiner Brille. ūüôā Glauben Sie nicht?! Ehrlich! Wie das kommt, lesen Sie hier. Eigentlich eine Geschichte, was meine Augen alles nicht k√∂nnen ‚Äď obgleich sie als sagenhaft lichtempfindlich gelten (Jupiters Geist = NGC 3242, habe ich schon aus Berliner Randbezirken naked eye gesehen).

Geordie LaForge, der blinde Chefingenieur der USS Picard-Enterprise ist bekannt f√ľr seinen Visor. Mit diesem Instrument (ein umfunktionierter Haarreifen) sieht der Blinde mehr als die anderen: ein uraltes Bild, das hier in der Science Fiction aufgegriffen wurde und aus dem Bereich der Metaphysik und des Wundersamen in die technische Realit√§t des ertr√§umten 22. Jahrhunderts geholt wurde.

Nachdem mein Blog den Namen des afrikanischen Kommunikationsoffiziers der Kirk-Enterprise beinhaltet (Nyota Uhura = Stern der Freiheit), kann ich wohl kaum leugnen, dass ich irgendwie auch ein Trekky bin, zumindest ein bi√üchen: jargon-gesprochen gr√ľ√üe und lebe ich (weitgehend) vulkanisch ‚Äď nicht aus proklamiertem Nacheiferungsdrang, sondern weil ich einfach so bin. Darum z√ľckte meine linke Augenbraue k√ľrzlich gewaltig (d.i., was Vulkanier tun, wenn Menschen einfach l√§cheln oder lachen), als ein Freund meine neue Brille einen Visor nannte:

Faszinierend! … dieser Vergleich.

In der Tat sehe ich mit der Brille kuriose Dinge. Darum will ich die interessantesten Stories hier zum besten geben ‚Äď erl√§utern sie doch so wunderbar die unendlichen Raffinessen der Brillenoptik, die mindestens so kompliziert und faszinierend ist, wie es Fernrohre sind.

Repetitorium: Grundlagen

Es gibt weitsichtige und kurzsichtige Menschen. Kurzsichtig hei√üt, dass man in der N√§he alles gut erkennen und in der Ferne nur verschwommen sieht. Man kann also ferne Objekte nicht fokussieren (was die Ursache darin hat, dass der Augapfel zu lang ist und sich der Brennpunkt der Augenlinse folglich mitten im Augapfel befindet und auf der Netzhaut das Bild schon wieder zerl√§uft). Man kann das korrigieren, indem man vor die nat√ľrliche Augenlinse eine konkave (zerstreuende) Brillenlinse setzt. Alternativ kann man warten, bis im Alter die Haut und Muskeln schlaffer werden und sich der Augapfel quasi durch "Ausleihern" verl√§ngert.

So "korrigiert" die nat√ľrliche Altersweitsichtigkeit die ehemals kurzsichtigen Augen bei √§lteren Menschen.

links: kurzsichtig, rechts: weitsichtig 

 

 

 

 

 

 

 

 

Weitsichtige Menschen ‚Äď wie ich ‚Äď bleiben jedoch ihr Leben lang weitsichtig. Bei uns ist der Augapfel k√ľrzer als die Brennweite der Augenlinse und das Licht erreicht schon die Netzhaut, bevor es den Brennpunkt erreicht. Man muss das Licht also auf eine k√ľrzere Bahn zwingen und folglich eine bauchige (konvexe), sammelnde Brillenlinse vor die Augen setzen.

Soweit lernt man das bereits in der Schule, denn das ist einfach.

ABER

Die Natur ist selten so einfach wie wir es uns f√ľr die Schule w√ľnschen w√ľrden. In Wirklichkeit sind z.B. meine Augen viel komplizierter:

Astigmatismus

Ich habe auch einen leichten Astigmatismus. Das kennt man aus der Teleskopoptik auch als "Stäbchensichtigkeit", d.h. ein Lichtpunkt wird auf der Netzhaut nicht als Lichtpunkt abgebildet, sondern als Strichlein. Die Augenlinse ist also derart asphärisch, dass sie das Licht gar nicht in einen Brennpunkt sammelt, sondern in eine kleine Brennlinie. 

Physikalisch gesprochen: Bei einem schr√§g einfallenden Lichtstrahl werden sagittale und meridionale Strahlb√ľndel nicht in den gleichen Brennpunkt konzentriert. Folglich sehe ich ohne Brille die Sterne unfreiwillig als kleine l√§ngliche Gebilde ‚Äď das Wort "Gl√ľh-W√ľrmchen" erhielte hier eine neue Bedeutung. ūüėČ

Um das zu korrigieren, muss man eine Brillenlinse asph√§risch schleifen ‚Äď man sagt: zylindrisch. Die Ausrichtungen (Winkel) der Zylinderachsen geben an, wie die Brennlinien der Brillengl√§ser liegen. Sie korrigieren die Zylinderwinkel der Augenlinse so, dass Punkte wieder in Punkte abgebildet werden.

 Strahlengang in einer Zylinderlinse

Kurzsichtiger Astigmatismus wird durch konvexkonkave (statt bikonkaver) Brillenlinsen korrigiert, weitsichtiger Astigmatismus durch konkavkonvexe (statt bikonvexer) Brillengläser. Astigmatische Menschen haben also Menisken (grch. méniskos = Möndchen) vor den Augen.

Der Nachteil bei der Benutzung derartiger Brillen ist, dass man jede kleinste Schrägstellung merkt:

a) K√ľrzlich hatte sich die Brille fast unmerklich verstellt; im Spiegel erkannte ich keine Unregelm√§√üigkeit relativ zum Gesicht usw., aber ich sah die "Sterne" im Lichtleiter-Planetarium, die brillante Punkte sein sollten, immer als Mercedes-Sterne, also mit drei Spikes.

b) Einmal kam ich sehr unsanft mit dem Kopf irgendwo gegen und meine Brille war leicht schief auf der Nase. ‚Äď Ich konnte ohne Kopfschmerzen nicht mehr hindurchschauen bis der Optiker es gerichtet hatte.

Weiteres

Erschwerend hinzu kommt dann noch eine Hornhautverkr√ľmmung. Auch diese kann man korrigieren und zwar mit Prismen im Glas. Gleitsichtbrillen sind (so habe ich geh√∂rt) ein "Abfallprodukt" der Astrophysik, da diese Art der Optikkorrektur wohl zuerst f√ľr Teleskoptechniken entwickelt wurde. Sie sind aber auch ganz n√ľtzlich, wenn man ungef√§hr so scharf sieht, wie das HST vor der Reparatur.

Durch die Prismen im Brillenglas sieht man allerdings Farbs√§ume bei kontrastreichen Bildern. Wenn ich also etwas im wahrsten Wortsinn "schwarz auf wei√ü" lese, dann sehe ich durch meine Brille um jeden Buchstaben rechts einen r√∂tlichen und links einen bl√§ulichen Farbsaum ‚Äď ungef√§hr so, als wenn man Venus durch ein Tschibo-Teleskop betrachtet.
Nat√ľrlich ist das nicht besonders sch√∂n, gerade zu Anfang sehr ungewohnt, aber man gew√∂hnt sich an vieles. Allein durch diese Farbeffekte hat man den Eindruck, dass die Bilder "tanzen" oder wabern.

3D-Sehen …

… kann ich nicht: zumindest nicht von Natur aus. Die Fernseher der neuesten Generation, die ich auf großen Messen wie der Berliner IFA stets bestaune, zeigten mir also (bisher) eine Welt, die meine Augen in natura gar nicht hätten sehen können.

Der Grund: Meine Augen sind derart verschieden (verschiedene St√§rke der Linse (Dioptrien), verschiedene Zylinderwinkel, verschiedene Hornhautverkr√ľmmung), dass das Gehirn es nicht schafft, die Bilder von links und rechts zu √ľberlagern. Das Gehirn "sieht" also immer nur mit einem Auge; es wechselt ab ‚Äď wertet mal das linke und mal das rechte Auge aus, aber es kann nie beide Bilder gleichzeitig verwenden. ("Silberblick") Ich stelle mir das immer ein bi√üchen vor wie die Halbbilder beim alten Fernseh√ľbertragungen: Man hat nat√ľrlich eine Vorstellung von "hinten" und "vorne" und von R√§umlichkeit, aber es ist kein echtes 3D-Bild.

Erst mit der neuen Brille, die alle der genannten Fehlsichtigkeiten korrigiert, liefern beide Augen ann√§hernd kongruente Bilder. So kann das Gehirn die Bilder √ľberlagern und mich "stereo" sehen lassen. Auch an den R√§ndern des Bildfeldes sieht alles pl√∂tzlich sehr viel flacher aus, wo ich vorher eine tonnenf√∂rmige Verzeichnung (siehe Abb. links: inneres Quadrat) beobachtete.

Ich war anfangs sehr irritiert, als ich pl√∂tzlich jeden Huckel auf der Stra√üe wirklich plastisch sehen konnte, bevor ich ihn √ľberfuhr. Pl√∂tzlich war die Realit√§t so wie es die modernen IMAX-Bilder vor"gaukeln"! Ich muss gestehen, dass ich zu Anfang ein wenig √ľberfordert war mit den Informationen √ľber diese zus√§tzliche Dimension und mich sehr langsam bewegte. ‚Äď Wie muss es dann erst den vielzitierten 2D-Wesen der Mathematik ergehen, wenn sie pl√∂tzlich mit einer unbekannten dritten Dimension konfrontiert werden‚Ķ¬†¬†

Geben Sie’s zu:
Ist das nicht ein Hauch von erlebter Science Fiction?!

Vor allem:
Das faszinierenste, das mir bisher passiert ist, war in einem Planetarium. Es war dunkel, also Sternhimmelansicht und ich schaute mich um, wobei ich den Kopf drehte.

Einer der zahlreichen Spiegel auf der Peripherie reflektierte einen Lichtstrahl schr√§g in meine Brille ‚Äď und ich sah ein Emissionsspektrum! Ich konnte die Lichtquelle nicht wirklich ausfindig machen. Aufgrund meiner Sitzposition vermute ich aber, dass das Licht direkt aus dem Starball gekommen sein muss. Was ich gesehen hatte, war demnach in gewisser Weise ein "Sternspektrum", aber ich wei√ü es nicht genau. Es gab eine starke Linie im gr√ľnlichen Blau und ein paar schw√§chere Linien im orange, genau wei√ü ich leider auch das jetzt nicht mehr.

Zusammengefasst:

Das Planetarium m√ľht sich ab, ein sch√∂nes und korrektes Abbild des nat√ľrlichen Sternhimmels zu zeichnen, eine m√∂glichst fehlerfreie Illusion. Im Publikum spektroskopiert Klein-Susanne bei jedem Blinzeln heimlich vor sich hin und bemerkt folglich den "Betrug", also, dass es sich nur um eine Kopie und nicht das Original handelt, weil hier alle Sterne das gleiche Spektrum haben.¬†

Ein echter Visor, dieses Ding! ‚Äď Ich sehe r√§umlich und ich sehe Spektren: ein wahrhaft analytischer 3D-Blick.

 


nota bene: allen anderslautenden Ger√ľchten zum Trotz habe ich weder Gravitationslinsen vor den Augen noch ein Nachtsichtger√§t, also f√ľr IR bin ich leiderzumgl√ľck auch nur √ľber die Haut empfindlich und um Ecken gucken kann ich auch nicht mit der Brille. Daran arbeiten wir noch! ūüėČ

 

Veröffentlicht von

"physics was my first love and it will be my last physics of the future and physics of the past" Die Autorin ist seit 1998 als Astronomin tätig (Universitäten, Planetarien, öffentliche Sternwarten, u.a.). Ihr fachlicher Hintergrund besteht in Physik, Wissenschaftsgeschichte und Fachdidaktik (neue Medien). Sie ist aufgewachsen im wiedervereinigten Berlin, zuhause auf dem Planeten Erde.

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