Wissenschaft im Dialog

Bei jedem Regenschauer kann man es beobachten: Der Asphalt wirkt dunkler, wenn er nass ist. Einen ähnlichen Effekt erkennt man bei Holz und Papier. Und auch Jeans und Pullover sehen dunkler aus, wenn man sie aus der Waschmaschine nimmt. Aber woran liegt das? Warum sehen nasse, vollgesogene Gegenstände dunkler aus als trockene?

Wenn Licht auf einen Gegenstand trifft, kann dieser jeweils einen Teil des Lichts reflektieren, absorbieren und durchlassen. Fällt das von einem Gegenstand reflektierte Licht in unser Auge, können wir ihn sehen. Die Farbe des Gegenstandes wird durch die Wellenlänge des von ihm reflektierten Lichtes bestimmt. Wie hell oder dunkel wir ihn sehen, hängt davon ab, wie viel Licht der Gegenstand reflektiert.

Wird ein Gegenstand nass, so wird seine Oberfläche mit einer Wasserschicht überzogen. Textilien, Papier, Holz und Asphalt, sie alle haben eines gemeinsam: eine raue Oberfläche. Auch wenn diese sich fast glatt anfühlt, ist sie mit dem Mikroskop betrachtet uneben oder zerfasert.

Trifft Wasser auf eine solche Oberfläche, verdrängt es die Luft aus den winzigen Zwischenräumen. Wo vorher Luft war, befinden sich nun mikroskopisch kleine Wassertröpfchen.

Trifft das Licht aus der Luft auf diese Wassertröpfchen, wird es gebrochen. Denn Wasser ist "optisch dichter" als Luft. Das Licht durchdringt die Wasseroberfläche, und wird dabei gebrochen. Innerhalb des Wassertröpfchens wird das Licht mehrere Male hin und her reflektiert und teilweise absorbiert. Nur ein kleiner Teil des Lichts kann die Wassertröpfchen wieder ins "optisch dünnere" Medium Luft verlassen. So kommt weniger Licht am Auge an - der Gegenstand wirkt dunkler. Ähnliches kann man beobachten, wenn man auf die glatte und dunkle Oberfläche eines Gewässers schaut.

Die optische Dichte (oder die Brechzahl) bestimmter Stoffe, kann man seit der Erfindung des Refraktometers 1874 durch den Physiker Ernst Abbe messen. Die Entwicklung dieses Messgeräts führte damals zu großen Fortschritten im Bereich der Mikroskopie, welche wiederum der Biologie völlig neue Forschungsmöglichkeiten eröffnete. So konnte durch das Abbe-Refraktometer eine Immersionsflüssigkeit für Mikroskope gefunden werden, die mit dafür entwickelten Objektiven eine höhere optische Auflösung ermöglichte. Mit Hilfe dieser Entwicklung entdeckte Robert Koch (1843 - 1910), berühmter Mitbegründer der Mikrobiologie, 1882 das Tuberkulose-Bakterium. Die Entdeckung wurde von Fachkollegen kritisch diskutiert, da diese das Bakterium mit Mikroskopen mit geringerer Auflösung nicht nachweisen konnten.
Heute werden Refraktometer in verschiedenen Bereichen genutzt: Über die optische Dichte ermitteln beispielsweise Juweliere die Eigenschaften von Edelsteinen. Imker messen damit den Wassergehalt ihres Honigs und Winzer den Zuckergehalt von Most.

Bei der Beantwortung dieser Frage hat uns Prof. Dr. Timo Mappes, Professor für Geschichte der Physik an der Universität Jena und Gründungsdirektor des Deutschen Optischen Museums (D.O.M.) in Jena, unterstützt. Wer mehr über die Geschichte der Optik erfahren möchte, findet hier das Deutsche Optische Museum.

Redaktion: Inge Fiedler

 

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