Reflexion und Absorption

Was bedeutet Reflexion?

Reflexion bedeutet, dass etwas zurückgeworfen wird. Wenn man beispielsweise einen Ball gegen die Wand wirft und er zurückkommt, wird er sinngemäß reflektiert. Das gleiche passiert mit dem Sonnenlicht, wenn es auf die Erdoberfläche trifft. Es wird reflektiert und kann vom Fernerkundungssensor aufgenommen werden.
Trifft das Sonnenlicht auf eine glatte Fläche, z.B. einen Spiegel, so gilt: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Das Prinzip der spiegelnden Reflexion kann man sich mit der untenstehenden Animation verdeutlichen.

 

 


Wenn man den Laser anklickt und dreht, kann man den Einfallswinkel und somit auch den Ausfallswinkel der Reflexion verändern.

 

 

Man unterscheidet in der Regel drei Arten bei der Reflexion von Licht, wobei die Rauigkeit der Oberfläche des Körpers entscheidend dafür ist, wie der Lichtstrahl reflektiert wird:

 

1. Spiegelnde Reflexion: Der Lichtstrahl wird in dem Winkel zurückgeworfen, in dem er auf eine glatte Fläche auftrifft.

2. Diffuse Reflexion: Der Lichtstrahl wird von einer angerauten Oberfläche in alle Richtungen gleichmäßig zurückgeworfen.

3. Gemischte Reflexion: Der Lichtstrahl wird von einer sehr rauen Fläche ungleichmäßig in alle Richtungen zurückgeworfen. Diese Art der Reflexion ist in der Natur der Normalfall!

 

 

Arten von Reflexion

Drei Arten der Lichtreflexion. Die gemischte Reflexion (rechts) ist in der Natur der Normalfall.

 

 

Wenn Licht auf einen Körper trifft, muss es aber nicht zwingend reflektiert werden. Es kann auch unverändert durch den Körper durchgehen (Transmission) oder von ihm gebrochen werden (Refraktion). Bei einer Brechung geht das Licht zwar durch einen Körper durch, dabei verändert es aber seine Ausbreitungsrichtung. Der neben der Reflexion wichtigste Vorgang ist die Absorption.

 

Was bedeutet Absorption?

Licht wird nicht nur von Oberflächen reflektiert, sondern auch aufgenommen. Das nennt man Absorption. Die Energie des Lichts wird von den Molekülen eines Körpers absorbiert und in Bewegungsenergie umgewandelt. Der Anstieg der Bewegungstätigkeit der Moleküle wiederum erzeugt Wärme, die vom Körper an die Umgebung abgegeben wird. Die Animation stellt den Vorgang der Absorption von Licht vereinfacht dar.

 

 

 Je dunkler die Fläche, um so mehr Sonnenlicht wird absorbiert und um so mehr Bewegungsenergie erhalten die Moleküle: Die Fläche erwärmt sich!


Albedo

Das Prinzip der Absorption kann man auch auf den Alltag übertragen: Ein schwarzes T-Shirt beispielsweise absorbiert viel mehr Sonnenlicht als ein weißes. Dies ist der Grund dafür, dass man im Sommer in einem schwarzen T-Shirt mehr schwitzt als in einem weißen T-Shirt. Entscheidend für den absorbierten Anteil von Sonnenlicht ist die sogenannte Albedo eines Körpers. Sie ist ein Maß für den Reflexionsgrad von Materialien verschiedener Spektralbereiche. Eine Albedo von 100% bedeutet, dass keine Absorption stattfindet, bei einer Albedo von 0% findet dagegen keine Reflexion statt. In der unteren Tabelle sind Albedo-Werte verschiedener Materialien im sichtbaren Bereich des Lichts aufgelistet.

Material

Albedo

Schnee

80-90%

Wolken

60-90%

Wüste

30%

Rasen

20%

Wald

5-18%

Asphalt

15%

Wasserfläche

tiefstehende Sonne

22%

Wasserfläche
hochstehende Sonne
5%

Mit Hilfe des Reflexions-Absorptions-Verhaltens über das elektromagnetische Spektrum hinweg lässt sich der spektrale Fingerabdruck von Oberflächenobjekten charakterisieren.

 

 


Fazit:

Elektromagnetische Wellen wie das Sonnenlicht können reflektiert und absorbiert werden. Bei der Reflexion werden sie von einer Oberfläche zurückgeworfen, bei der Absorption von einer Oberfläche aufgenommen und in Wärmeenergie umgewandelt. Unterschiedliche Oberflächen reflektieren und absorbieren auch unterschiedlich. Das Verhältnis von Reflexion und Absorption wird Albedo gennant.