Warum sind Nachts eigentlich alle Katzen grau?

von Christoph Lohuis, überarbeitete Version, Juni 2002

Na, wissen Sie´s ? Wenn nicht, kein Problem, so habe ich diesen Artikel wenigstens nicht umsonst geschrieben. Aber was hat diese Frage eigentlich mit unserem Hobby Astronomie zu tun? Diese Frage, sowie die Physiologie des Auges, welches ja ein unerlässliches Instrument bei der Beobachtung darstellt, möchte ich in meinem folgenden Bericht erläutern.

Bevor ich aber präziser auf die Funktionsweise dieses Sinnesorganes eingehe, erst einmal eine schematische Darstellung, welche einen Querschnitt durch unser Auge zeigt :

1. Hornhaut (Cornea)
2. Pupillenöffnung
3. Regenbogenhaut (Iris)
4. Linse (Lens)
5. Netzhaut (Retina)
6. Gelber Fleck (Macula lutae)
7. Sehachse des Auges
8. Sehnerv (Nervus opticus)

Die Bilderzeugung in unseren Auge funktioniert wie in einer Kamera. Hornhaut und Linse übernehmen dabei die Aufgaben des Objektives. Die Linse des Auges hat die Möglichkeit ihre Form zu verändern und damit die Brechkraft zu variieren. So können Gegenstände mit unterschiedlichen Entfernungen scharf auf der Netzhaut abgebildet werden.

Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Akkommodation. Durch Kontraktion oder Erschlaffung der Iris wird der Pupillendurchmesser bestimmt, welcher sich durch die vorhandene Lichtintensität ergibt. Die Funktion einer solchen Blende kennt jeder Fotograf; ist viel Licht vorhanden, wird der Blendendurchmesser verkleinert, im gegengesetzten Fall wird er vergrößert. Kleine Zwischenfrage: Haben Sie schon eine Idee, was die zuvor genannten anatomischen und physiologischen Anhaltspunkte mit Astronomie im Sinn haben?

Ich helfe mit dem Begriff "Adaption" weiter. Jeder Hobbyastronom kennt die Situation, daß man gemütlich am Teleskop beobachtet und plötzlich macht jemand das Licht an. Meistens hört man dann Aussagen wie, " Welcher ... hat das Licht angeschaltet, jetzt ist meine ganze Dunkeladaption verloren." Wie zuvor beschrieben, paßt sich das Auge denn Lichtverhältnissen an. Dieser Vorgang wird als Adaption des Auges definiert.

Eine Person, die einen dunklen Raum verläßt, wird im ersten Moment geblendet sein, denn das Auge muß sich an die Helligkeit gewöhnen. Aus eigener Erfahrung weiß man, daß dieser Vorgang relativ schnell bewältigt wird. Für uns Astronomen ist aber die Dunkeladaption von Bedeutung. Um die Adaption nun zu verstehen, muß man sich mit den Photorezeptoren unseres Auges, den Stäbchen und den Zäpfchen, auseinandersetzen.

Die Aktivität dieser Photorezeptoren, speziell die der Stäbchen, werden primär durch einen Stoff mit der Bezeichnung Rhodopsin gesteuert, welchen man auch als Sehstoff bezeichnen könnte. Liegt eine hohe Lichtintensität vor, werden die Rhodopsinmoleküle gespalten und die Lichtempfindlichkeit nimmt ab. Bei der Dunkeladaption hingegen wird Rhodopsin produziert, wodurch die Lichtempfindlichkeit des Auges zunimmt. Wie man sich leicht vorstellen kann, dauert die Produktion der Rhodopsinmoleküle länger als deren Abbau, so daß die Dunkeladaption in der Regel zwischen 30min und 45min liegen dürfte. Schön und gut, das mit der Adaption haben Sie irgendwie schon einmal gehört. Aber was ist jetzt mit den zu Anfang genannten grauen Katzen? Um an diesem Punkt fortzufahren, greife ich die Photorezeptoren auf, welche sich in die nun bekannten Stäbchen und Zäpfchen unterteilen.

Von den lichtempfindlichen Stäbchen gibt es ca. 120 Millionen auf der menschlichen Netzhaut. Sie sind vor allem für das Nachtsehen von Bedeutung, da sie mit einer relativ geringen Lichtintensität auskommen. Dieser Vorteil birgt aber auch wieder Nachteile in sich, denn die Stäbchen ermöglichen es einem nicht farbig zu sehen.Weiterhin leidet unter dem "Stäbchensehen" die Schärfe der Abbildung, da nicht jede einzelne Stäbchenzelle mit einer Nervenfaser verbunden ist, wodurch letzten Endes die Auflösung negativ beeinträchtigt wird. Dem gegenüber stehen die Zäpfchen, von den es lediglich 6 Millionen gibt, die dem Menschen aber das Farbensehen erlauben. Weiterhin ermöglichen sie uns das Scharfsehen, da sie gehäuft am Gelben Fleck vorkommen. Hier ist jede Sehzelle mit einer Nervenfaser direkt an den Nervus opticus ( Sehnerv ) gekoppelt, welcher die Informationen sofort zum Sehzentrum im Hirn weiterleitet. Da einem Nachts nur wenig Licht zur Verfügung steht, werden auch nur die farbunempfindlichen Stäbchen aktiviert, was zur Folge hat, dass Nachts alle Katzen grau sind.

Die neben stehende Grafik soll noch einmal die Verteilung der Photorezeptoren auf unserer Netzhaut verdeutlichen, wobei die hellen Balken die Zapfen und die dunklen Balken die Stäbchen repräsentieren. Die "x-Achse" gibt die Position im Auge wieder und die "y-Achse" zeigt die Sehzellen pro Quadratmillimeter. Es ist deutlich zu erkennen, dass an der Papilla nervi opticus (Blinder Fleck) überhaupt keine Sehzellen vorhanden sind, weder Stäbchen und Zapfen. Im Bereich der Macula lutea (Gelber Fleck) sind hingegen nur Zapfen zu identifizieren. Direkt neben den Gelben Fleck nimmt die Anzahl der Zapfen deutlich ab und die der Stäbchen drastisch zu.

Weiterhin gibt die x-Achse die Position im Auge wieder, welche auf dem rechtsstehenden Bild noch einmal verdeutlicht werden soll. Die y-Achse zeigt die Sehzellen pro Quadratmillimeter:

Es ist deutlich zu erkennen, daß an der Papilla nervi opticus ( Blinder Fleck / 1 ) überhaupt keine Sehzellen vorhanden sind und am Macula lutea ( Gelber Fleck / 2 ) nur Zapfen zu identifizieren sind.

Was bedeutet das wiederum für die Praxis ? Stellen wir uns einen Einsteiger vor, der M31 mit dem bloßem Auge ausmachen möchte. Er wird versuchen genau den Punkt zu fixieren, wo er die Andromedagalaxie vermutet. Was passiert, er wird nichts sehen. Erfahrene Astronomen geben im nun den Tip des "indirekten Sehens", also das Vorbeischauen am eigentlichen Objekt. Und siehe da, auch dem Beginner wird M31 sofort ins Auge fallen. Die Begründung können Sie in dem oben gezeigten Schema finden. Fixiert der Beobachter ein Objekt, so fallen alle Lichtphotonen auf den Gelben Fleck , wo sich nun leider die lichtunempfindlichen Zapfen befinden. Blickt man nun etwas seitlich am Objekt vorbei, fallen die Lichtstrahlen auf Millionen von lichtempfindlichen Stäbchen und die Andromedagalaxie ist zu erkennen

Ich hoffe, daß ich Sie am Ende meines Artikels nicht zu sehr verwirrt habe und Sie einen kleinen Eindruck von der Funktionsweise des menschlichen Auges und dessen wichtigen Bezug zur Astronomie bekommen haben.

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