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Helligkeit

Helligkeit ist ein Überbegriff subjektiver und objektiver Messgrößen für die räumlich und farblich gemittelte Stärke einer sichtbaren Wahrnehmung.

Inhaltsverzeichnis

Helligkeit als Sinnesempfindung

Das Wort Helligkeit wird meist für die subjektive Lichtempfindung benutzt, 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 für Tagessehen (photopisches Sehen) der Sehzellen für mittlere Wellenlängen ab, die bei den meisten Menschen im Bereich um 555 nm Wellenlänge (grün) am höchsten ist (Maximum der Sonnenstrahlung), bei vielen Tieren aber zu anderen Farben verschoben ist (z. B. Katzen oder Bienen).

Die normalen Lichtverhältnisse werden als photopischer Bereich bezeichnet, Dämmerlicht als mesopischer bzw. skotopischer Bereich.hulnum

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:

  1. die individuellen Eigenschaften des Auges
  2. 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.

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.

Siehe auch

Literatur