Astrofotografie :: Glossar - Photonen

 
Es folgt eine ausführliche und leicht verständliche Erkärung des Begriffs ´Photonen´:

Glossar - Photonen

 
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Photonen
Eigentlich ist das Licht ja eine elektromagnetische Welle. Trotzdem zeigt eine elektromagnetische Welle im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 680 nm und 380 nm bereits einen ausgeprägten Welle-Teilchen-Dualismus, der sich unter anderem dadurch äußert, daß das Licht nicht in beliebig kleinen Portionen ´verabreicht´ werden kann. Vielmehr gibt es eine kleinstmögliche ´Lichtmenge´, die nicht unterschritten werden kann - das Photon. Eine bestimmte Lichtmenge ist also stets ein ganzzahliges Vielfaches davon.

So ein Photon hat die Ruhemasse 0, bewegt sich aber stets mit » Lichtgeschwindigkeit durch das Vakuum und hat daher eine relativistische Masse > 0, wobei diese der Energie - sprich Wellenlänge - des Photons entspricht. Je kleiner diese Wellenlänge ist, desto energiereicher und damit ´schwerer´ ist dieses Photon gemäß Einsteins berühmter Formel e=mc².

Gemessen wird die Energie des Photons in Elektronenvolt (eV).
Typische Werte sind 1 eV (= 1,60219 × 10-19 Ws bei einer Wellenlänge von 1.240 nm, nahes Infrarot) über 4 eV (310 nm, nahes Ultraviolett) bis hin zu über 100.000.000 eV (harte Gammastrahlung / kosmische Strahlung).

Eine weitere Konsequenz des Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts ist die stets statistische Verteilung der Photonen auf einer Projektionsfläche, etwa einem Kamerachip. Mit anderen Worten - es gibt keine völlig gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche, sondern nur eine mehr oder weniger ´rauhe´ Lichtverteilung, wobei die absolute ´Rauhigkeit´ zur Wurzel der Helligkeit zunimmt. Dieser ´Photonenrauschen´ genannte Effekt stellt den Astrofotografen vor eins der schwierigsten technischen Probleme bei tiefen DeepSky-Aufnahmen.
 
Photonenrauschen
Derjenige Rauschanteil auf einer Aufnahme, der durch einfallendes Streulicht verursacht wird. Durch den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts ist die Verteilung der » Photonen auf eine Fläche niemals völlig gleichmäßig, sondern vielmehr eine statistische. Dabei steigt die Standardabweichung (» RMS, ´Rauschamplitude´) des Rauschsignals proportional zur Quadratwurzel der mittleren Beleuchtungsstärke.

Bei längeren Belichtungszeiten ist das Photonenrauschen in der Regel der dominierende Anteil am Gesamtrauschen einer Aufnahme.
 

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