Das flüstern der Photonen - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Das flüstern der Photonen

Licht verrät alle Geheimnisse der Welt. Vom Glühwürmchen bis zum Urknall: Photonen erhellen zugleich die Natur des Mikro- und des Makrokosmos. Sie übertragen Energie und Informationen – und sie machen Leben erst möglich.

Über die Geburt des ersten Lichts vor vielleicht 15 Milliarden Jahren wissen die Forscher inzwischen Bescheid. Es entstand durch die Hitze des Urknalls und die Zerstrahlung von Materie und Antimaterie in den ersten Sekunden des Kosmos. Sogar die Zahl der Photonen im beobachtbaren Universum läßt sich abschätzen: rund 1089 – eine milliardemal mehr als die Anzahl der Atome.

Noch immer wird Licht neu geboren: durch Kernverschmelzung bei 10 bis 150 Millionen Grad im Inneren der Sterne. Von dort kann es aber nicht geradlinig herausfliegen, sondern wird – wie im jungen Universum – von wirbelnden Elektronen und Atomkernen ständig abgelenkt. So muß es sich in einem Jahrhunderttausende währenden Zickzackkurs den Weg zum Weltraum erkämpfen. Von der Oberfläche unserer Sonne benötigt das Licht bis zur Erde nur noch gut acht Minuten. Beim Sonnenbaden prasseln dann pro Sekunde zehn Billiarden Photonen auf jeden Quadratzentimeter Haut. Andere Teilchen des Sonnenwindes, hauptsächlich Elektronen und Protonen, sind 20 bis 50 Stunden unterwegs. Das irdische Magnetfeld schirmt sie zwar weitgehend ab – aber mitunter prallen doch einige auf die Atmosphäre. Dann sorgen sie – vor allem in hohen nördlichen und südlichen Breiten – für furiose Polarlichter. Deren blaue und violette Farben entstehen durch Anregung von Stickstoff-Atomen in der Luft, Grün stammt vom Sauerstoff. Auch bei den Planeten Jupiter und Saturn sind Polarlichter beobachtet worden.

Licht entsteht indes nicht nur durch das Verglühen von Materie bei hohen Temperaturen. Die Natur bringt auch kühlere Leuchterscheinungen zustande. Zum Beispiel die Fluoreszenz: Manche Atome oder Moleküle verschlucken Energie, werden dadurch in einen angeregten Zustand versetzt und geben diese Energie binnen einer Millionstelsekunde als Licht wieder ab. Auf diesem Prinzip basieren beispielsweise Fernsehbildschirme und Leuchtstoffröhren. Chemische Zusätze in Waschmitteln fluoreszieren im Ultraviolett des Tageslichts bläulich; dieses Blau addiert sich zum Gelb von Kalkresten und ergibt „strahlendes Weiß“.

Auch Lebewesen können auf kaltem Weg Licht erzeugen – ein Vorgang, der als Biolumineszenz bekannt ist. Er erfordert Energie und die katalytische Aktivität spezieller Enzyme, der Luciferasen. Sie oxidieren bestimmte Kohlenstoff-Verbindungen, die Luciferine, wobei ein bläuliches oder grünes Leuchten entsteht. Manche Insekten und Fische besitzen eigene Lichtzellen, die oft noch mit reflektierenden Kristallen ausgekleidet sind. Aus diesen Zellen scheint das Bioleuchten durch die Haut der Tiere. So können sie miteinander kommunizieren oder nahrhafte Tiere anlocken.

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Licht steht beispielsweise auch im Dienst der Partnerfindung. So funkeln Leuchtkäfer in warmen Juninächten im Liebesrausch: Die männlichen Insekten tanzen durch die Lüfte, während die als Glüh- oder Johanniswürmchen bekannten Weibchen erwartungsvoll im Gras hocken und mit leuchtendem Hinterteil zurückflirten. Für manche Männchen der Gattung Photinus endet der Liebestanz allerdings tödlich. Denn Weibchen der Leuchtkäfer-Gattung Photuris imitieren die Flirtsignale der Photinus-Damen – und haben die hinters Licht geführten Photinus-Männchen zum Fressen gern.

===Rüdiger Vaas
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