Ein wenig Anatomie und Physiologie
Zu Beginn möchte ich ein wenig auf
den Aufbau und die Funktionsweise der Augen eingehen. Damit Sie in Ihrer
nächsten Astronomierunde prahlen können, sprechen Sie einfach
von Anatomie und 
Physiologie
und schockieren so ihr gegenüber. Der schematische Querschnitt zeigt
die wichtigsten Komponenten des Auges. Einige Begriffe dürften bekannt
sein oder sind Ihnen bereits schon einmal zu Ohr gekommen. Die Bilderzeugung
im Auge funktioniert wie in einer Kamera. Das einfallende Licht wird an
Hornhaut sowie Linse gebrochen, wobei letzteres die wichtigere Komponente
darstellt. Im Gegensatz zur Linse eines Refraktors, ist die Linse des menschlichen
Auges kein fester Körper. Sie kann ihre Brechkraft variieren,
indem Muskeln die Linse in die Länge ziehen. So kann der Mensch in
Bruchteilen einer Sekunde von Fern-/ auf Nahbeobachtungen und umgekehrt
umschalten. Auf die Intensität des Lichtes reagiert die Iris oder
Regenbogenhaut, die den Durchmesser der Pupille definiert. Ist genügend
Licht vorhanden wird die Pupille verkleinert, im entgegengesetzten Fall
vergrößert. Dieses Prinzip kennt jeder Fotograf mit dem Begriff
der Blende.
Die Adaption des Auges
An dieser Stelle kommt es häufig zu
Mißverständnissen. In vielen Fällen wird die Pupillenvergrößerung
bei Dunkelheit mit der Adaption des Auges gleichgesetzt. Diese Aussage
ist in diesem Zusammenhang aber nicht ganz zutreffend. Die Vergrößerung
der Pupille ist primär für die maximale Austrittspupille aus
dem Okular von Bedeutung. Unter der Austrittspupille (AP) wird der Lichterkegel
verstanden, welcher das Okular endseitig verläßt. Je größer
die Austrittspupille, desto heller erscheint ein Objekt. Es ist leicht
ersichtlich, dass die Austrittspupille nicht unendlich sinnvoll vergrößert
werden kann. Der maximale Durchmesser der AP sollte mit dem Durchmesser
der Augenpupille identisch sein, um ein möglichst lichtstarkes Bild
zu erzielen. Theoretisch kann die Austrittspupille weiter vergrößert
werden, das Licht würde aber nicht mehr ins Auge gelangen und verloren
gehen. Damit die Adaption richtig verstanden werden kann, müssen wir
uns mit den Photorezeptoren des Auges beschäftigen, die in Stäbchen
und Zäpfchen differenziert werden. Die Aktivität der Photorezeptoren,
speziell die der Stäbchen, werden durch den Stoff Rhodopsin gesteuert.
Rhodopsin könnte im übertragenden Sinne auch als „Sehstoff“ bezeichnet
werden. Bei großer Lichtintensität werden Rhodopsinmoleküle
gespalten und die Lichtempfindlichkeit des Auges nimmt ab. Während
der Adaptionphase wird Rhodopsin produziert, wodurch die Lichtempfindlichkeit
zunimmt. Es ist leicht ersichtlich das die Produktion von Rhodopsin länger
dauert, als dessen Abbau. So gewönnen wir uns an eine helle Umgebung
innerhalb weniger Sekunden. Die vollständige Anpassung des Auges an
die Dunkelheit beläuft sich hingegen auf 30min – 45min. Schon der
kurze Lichteinfall zum Beispiel eines Autoscheinwerfers läßt
diesen Vorgang, zum Leitwesen der Amateurastronomen, von vorn beginnen.
Aus diesem Grund werden bei astronomischen Beobachtungen immer lichtschwache,
rote Taschenlampen verwendet. Auf diese Frequenz reagiert unser Auge am
geringsten und die Dunkeladaption bleibt erhalten.
Das erkennen von Farben und die Auflösung
Doch warum sind nun Nachts alle Katzen
grau? Um diese Volksweisheit zu verstehen, die auch für Beobachtungen
von uns Amateuren wichtig ist, schauen wir uns im folgenden die schon erwähnten
Photorezeptoren genauer an. Die Differenzierung zwischen Stäbchen
und Zäpfchen dürfte auch jedem Nicht-Mediziner bekannt sein.
Von den lichtempfindlichen Stäbchen gibt es ca. 120 Millionen auf
der menschlichen Netzhaut. Sie sind vor allem für das Sehen bei Dunkelheit
von Bedeutung. Diese Tatsache liegt darin begründet, dass Stäbchen
mit einer relativ geringen Lichtintensität auskommen. Ein Nachteil
der Stäbchen ist, das wir mit ihnen nicht in Farbe sehen können.
Weiterhin leidet unter dem „Stäbchensehen“ die Schärfe der Abbildung.
Diese Tatsache resultiert aus dem Aspekt, dass nicht jedes Stäbchen
mit einer Nervenfaser verbunden ist. Der Computerfachmann würde von
abnehmenden Pixeln sprechen. Dem gegenüber stehen die Zäpfchen
von denen es lediglich 6 Millionen gibt. Sie erlauben es dem Menschen aber
in Farbe zu sehen. Weiterhin ermöglichen sie das „Scharfsehen“. Zäpfchen
kommen gehäuft am sogenannten Gelben Fleck vor. Hier ist jede Sehzelle
mit einer Nervenfaser verbunden und die Auflösung steigt drastisch
an. Diesen Zusammenhang können Sie zu Haus leicht testen. Fixieren
Sie einen beliebigen Gegenstand an. Die Lichtstrahlen treffen nun primär
auf den Gelben Fleck und der Gegenstand erscheint „scharf“. Details etwas
außerhalb können nicht mehr scharf eingestellt werden (-> während
Sie den Gegenstand weiter fixieren). Für diese Leistung der Zäpfchen
muss aber genügend Licht vorhanden sein. Jetzt ist es nur noch ein
kleiner Schritt zu verstehen „Warum Nachts bekanntlich alle Katzen grau
sind“. Wenig Licht aktiviert nur die Stäbchen was zur Folge hat, das
wir nicht in Farbe sehen können.
Nun können wir auch verstehen, warum
die allerwenigsten astronomischen Objekte auch nur einen Hauch von Farbe
aufweisen. Es ist einfach zu wenig Licht vorhanden, um die Zäpfchen
aktivieren zu können.
Die untenstehende Grafik soll noch einmal
die Verteilung der Photorezeptoren auf unserer Netzhaut verdeutlichen,
wobei die gestrichelte Linie die Zapfen und die durchgezogene Linie die
Stäbchen zeigt. Weiterhin gibt die x-Achse die Position im Auge wieder.
Es ist deutlich zu erkennen, dass an der Papilla nervi opticus ( Blinder
Fleck ) überhaupt keine Sehzellen vorhanden sind und am Macula lutea
( Gelber Fleck ) nur Zapfen zu identifizieren sind.
Der Praxisbezug
Auch diese schweren Fachbegriffe weisen
wieder eine Ver-bindung zur Amateur-astronomie auf. Stellen wir uns einen
Einsteiger vor, der M13 mit bloßem Auge beobachten möchte. Er
wird versuchen genau den Punkt zu fixieren, wo er den Kugelsternhaufen
vermutet. Was passiert ? 
Er wird wahrscheinlich nichts erkennen.
Erfahrene Astronomen geben ihm nun den Tipp des “Indirekten Sehens”, also
das Vorbeischauen am eigentlichen Objekt. Warum das Vorbeisehen am Objekt
bei der Lokalisation helfen soll, können Sie in der Grafik selber
erkennen. Fixiert der Beobachter ein Objekt an, so fallen alle Photonen
auf den Gelben Fleck. Leider befinden sich an diesem Ort nur lichtunempfindlichen
Zapfen und das wenige Licht reicht nicht aus, um diese zu aktivieren. Blickt
der Beobachter nun etwas seitlich am Objekt vorbei, fallen die Lichtstrahlen
auf Millionen von lichtempfindlichen Stäbchen und in unserem Beispiel
wird der Kugelsternhaufen M13 zu erkennen sein.
Ich hoffe Ihnen mit diesem Artikel einen
kleinen Eindruck von der Funktionsweise unseres Auges vermittelt zu haben
und dessen wichtigen Bezug zur Amateurastronomie.
