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2026-02-08T16:05:15Z

Physikalische und Physiologische Definition: "Siehe auch" zum Thema hinzugefügt

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{{Weiterleitungshinweis|Dunkelheit|Zum Film siehe [[Tatort: Dunkelheit]].}}

[[Datei:LightningVolt Deep Blue Sea.jpg|mini|Abnahme der Helligkeit mit der Wassertiefe]]

'''Helligkeit''' ist ein Oberbegriff subjektiver Eindrücke und objektiver [[Messgröße]]n für die Stärke einer [[Visuelle Wahrnehmung|visuellen Wahrnehmung]] von – sichtbarem – [[Licht]].

== Helligkeit als Sinnesempfindung ==
Die Worte ''Helligkeit'' und ''Dunkelheit'' sowie ''Finsternis'' werden meist für die subjektive Lichtempfindung benutzt, wie sie auf das [[Auge]] des Beobachters wirkt<ref>siehe Lit.: Schober, 1957/1964</ref> – Dunkelheit ist in diesem Sinne ein niedrigerer Grad an Helligkeit.

Begrifflich ist ein Helligkeitsgrad durch zwei Konzepte fassbar,
* als das gesamte Licht, das ins Auge einfällt und die Netzhaut beleuchtet, auch als ''[[Beleuchtung]]'' oder ''Lichtverhältnisse'' bezeichnet, und
* als die von einer ''[[Lichtquelle]]'' ausgestrahlte Lichtmenge, unabhängig davon, ob sie selbstleuchtend Licht [[Spontane Emission|emittiert]] oder beleuchtet Licht nur [[Reflexion (Physik)|reflektiert]].

Viele tierische Lebewesen haben ein [[visuelles System]] entwickelt, bei dem sich zwei Teilsysteme unterscheiden lassen, die in verschiedenen Helligkeitsbereichen aktiviert werden:
* Bei den ''tagsüber'' herrschenden Lichtverhältnissen, im ''photopischen Bereich'', werden die Sinneszellen ([[Zapfen (Auge)|Zapfenzellen]]) der einen Komponente angesprochen ''(Tagsehen)'',
* bei den ''nachtsüber'' herrschenden, im ''skotopischen Bereich'', nur die Sinneszellen ([[Stäbchen (Auge)|Stäbchenzellen]]) der anderen Komponente ''(Nachtsehen)'',
* im ''mesopischen'' Übergangsbereich bei ''Dämmerlicht'' noch beide.

Unterhalb der Sehschwelle des skotopischen Bereichs wird mit dem Auge nichts mehr wahrgenommen, es herrscht Finsternis – auch wenn die Licht- bzw. [[Beleuchtungsstärke]] noch nicht Null ist ([[Restlicht]]). Die Farbwahrnehmung funktioniert nur mit genügend Licht, darunter werden nur Grautöne wahrgenommen, darüber nur „Weiß“. Übermäßige Helligkeit führt zu [[Blendung (Überbelichtung) |Blendung]], der Sehsinn versagt. Die physiologischen Schwellen des Sehsinns sind bei allen Lebewesen recht unterschiedlich, auch beim Menschen schwanken sie relativ deutlich.

== Objektivierung der Helligkeit ==
Die Sinnesempfindung der Helligkeit ist etwa dem [[Logarithmus]] des [[Reiz]]es proportional – sie folgt wie viele andere neurologische Prozesse dem ''[[Weber-Fechner-Gesetz]]''. Dabei kann die Helligkeitsempfindung bei verschiedenen [[Person]]en oder auch bei beiden Augen etwas unterschiedlich sein. Insbesondere hängt sie von der [[Lichtspektrum|spektral]]en Empfindlichkeit der [[Fotorezeptor|Sehzellen]] für das Tagessehen (photopisches Sehen) bei mittleren Wellenlängen ab, die bei den meisten [[Mensch]]en im Bereich um 555 nm Wellenlänge (gelbgrün) am höchsten ist, etwa entsprechend dem Maximum der [[Sonnenstrahlung]]. Bei vielen Tieren ist dieses Maximum der Wahrnehmung für Helligkeit bei anderen Wellenlängen, mithin bei anderen Farben, wie bei [[Katzen]] oder [[Bienen]] festgestellt wurde. Die genauere Verteilung der Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Sehapparats in Abhängigkeit von der spektralen Licht[[farbe]] beschreibt die [[V-Lambda-Kurve]].

Das menschliche Auge arbeitet in einem sehr großen Helligkeitsbereich, der Lichtintensitäten von 1 : 10 Milliarden entspricht. Die Sehschwelle liegt bei 10−13 [[Lumen (Einheit)|Lumen]]<ref>Gottfried Gerstbach: ''Auge und Sehen - der lange Weg zu digitalem Erkennen''. In: ''Sternenbote''. Heft 11/99, p.142-157, Wien 1999.</ref>. Dennoch können wir verschiedene Helligkeiten als unterschiedlich wahrnehmen, sobald sich ihre Lichtmenge um mehr als 10 % unterscheidet. Darauf beruht die ''fotometrische Stufenmethode'' für [[scheinbare Helligkeit]]en, die der Astronom [[Friedrich Argelander]] um 1840 entwickelt hat.

Soll Helligkeit objektiv bestimmt werden, sind zwei Effekte besonders zu berücksichtigen.
# Die [[Individuum|individuellen]] Eigenschaften des Auges.
# Gleichzeitige Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und im anschließenden [[Infrarot]]- gegebenenfalls [[Ultraviolettstrahlung|Ultraviolettbereich]], was beispielsweise auch zu [[Fluoreszenz]]en führen kann.

Der Begriff ''Helligkeit'' versteht sich allgemeiner als [[Intensität (Physik)|Intensität]] der auf einen Beobachter oder [[Sensor]] wirkenden Strahlung, die räumlich und über ein [[Frequenzband]] mit benachbarter elektromagnetischer Strahlung gemittelt wird.
* In der [[Astronomie]] ist diese [[Mittelung]] von Bedeutung, wenn die ''relativen ([[Scheinbare Helligkeit|scheinbaren]])'' oder ''[[Absolute Helligkeit|absoluten]] Helligkeiten'' von [[Stern]]en oder anderen astronomischen Objekten ermittelt werden. Die je nach vorherrschender [[Lichtfarbe]] unterschiedliche ''visuelle'' oder ''[[Photometrie|fotografische]] Helligkeit'' wird hierbei deshalb durch einen [[Farbindex]] ergänzt.
* In der [[Farblehre]] ist die ''[[farbmetrische Helligkeit]]'' auf eine Vergleichsfarbe, etwa ein [[Referenzweiß]] oder ein Schwarz oder Grau bezogen, um die Effekte von Hintergrundbeleuchtung (Umgebungs[[kontrast]]) und Gesamtlichteinfall (wie der [[Adaptation (Auge)|Adaptation des Auges]] daran) auszuschalten und in einem dreidimensionalen [[Farbraum]] arbeiten zu können.

== Physikalische und Physiologische Definition ==
Für eine Definition der Helligkeit muss man festlegen, ob allein die übertragene elektromagnetische Energie maßgeblich sein soll ([[Radiometrie]]), oder ob man zusätzlich die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigen will ([[Photometrie]]). Die [[Strahlungsleistung]] ist die Energie pro Zeitspanne, gemessen in [[Watt (Einheit)|Watt]]. Sie spielt bei technischen Sensoren eine Rolle; in der Astronomie nennt man sie [[bolometrische Helligkeit]]. Für den visuellen Eindruck muss man die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges (V-Lambda-Kurve) berücksichtigen. Die entsprechende Größe heißt [[Lichtstrom]], gemessen in [[Lumen (Einheit)|Lumen]]. In der Astronomie spricht man von [[Visuelle Helligkeit|visueller Helligkeit]]. Mit „Leuchtkraft“ kann beides gemeint sein.

Im Alltag ist vor allem die physiologische (photometrische) Betrachtung maßgebend. Man muss dabei zwischen der Helligkeit einer Lichtquelle und der Helligkeit der Beleuchtung unterscheiden.

Für eine Lichtquelle gibt die [[Lichtstärke (Photometrie)|Lichtstärke]] an, welchen Lichtstrom sie in einen gegebenen [[Raumwinkel]] ausstrahlt. Die Lichtstärke wird in der Maßeinheit [[Candela]] (cd) gemessen: {{nowrap|1=1 cd = 1 lm/[[Steradiant|sr]].}}

Für den Helligkeitseindruck ist aber auch maßgebend, wie sehr die Lichtstärke auf einen räumlichen Bereich in der Lichtquelle konzentriert ist: Eine kleine Glühbirne, die die gleiche Lichtstärke aufweist wie eine großflächige Lichtquelle, erscheint heller („gleißender“). Die maßgebliche Größe ist hier die [[Leuchtdichte]] (Lichtstärke durch aussendende Fläche), gemessen in cd/m2.<ref name="fotometrie" />

Für den Helligkeitseindruck einer beleuchteten Fläche ist entscheidend, über welche Fläche sich der Lichtstrom verteilt. Das Verhältnis von Lichtstrom zu beleuchteter Fläche ist die [[Beleuchtungsstärke]], gemessen in Lux (lx): {{nowrap|1=1 lx = 1 lm/m2.}} Überdies wirkt sich dabei aus, welchen Anteil an Licht die beleuchtete Fläche zurückstrahlt – ob z. B. weiß, grau, farbig oder schwarz ist.
{{Siehe auch|Photometrische Größen und Einheiten}}

== Literatur ==
* [[Herbert Schober]]: ''Das [[Sehen]]''. Band I (z. T. Band II). [[VEB Fachbuchverlag Leipzig]], 1957 und 1964.
* Wilhelm Westphal: ''Physik. Ein Lehrbuch''. 22.–24. Auflage, 713 p., Kapitel IX (Optik, Lichtmessung, § 262 ff) und § 394 (Helligkeit und Leuchtkraft der Sterne), Springer-Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1963.
* [[Gottfried Gerstbach]]: ''Auge und Sehen – der lange Weg zu digitalem Erkennen''. [[Sternenbote]] Heft 43/8, p. 142–157, Wien 2000.
* [[Albert Schödlbauer|A.Schödlbauer]]: ''[[Geodätische Astronomie]] – Grundlagen und Konzepte''. 634 p., [[De Gruyter]], Berlin 2000.
* J.Bennett, M.Donahue, N.Schneider, M.Voith: ''Astronomie (Kapitel 5 und 6)''. Herausgeber Harald Lesch, 5. Auflage (1170 S.), Pearson-Studienverlag, München-Boston-Harlow-Sydney-Madrid 2010.
* [[A. Roger Ekirch]]: ''In der Stunde der Nacht. Eine Geschichte der Dunkelheit.'' Lübbe, Bergisch Gladbach 2006, ISBN 978-3785722466, kulturgeschichtliche Abhandlung über die Dunkelheit.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Brightness|Helligkeit}}
{{Wiktionary}}
{{Wikiquote}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="fotometrie">[https://www.filmscanner.info/Fotometrie.html Fotometrie: Zahlenmäßige Beschreibung von Licht]
</ref>
</references>

{{Normdaten|TYP=s|GND=4226160-0}}

[[Kategorie:Sehen]]
[[Kategorie:Photometrische Größe]]

Helligkeit - Versionsgeschichte

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