Auf Spurensuche

Aus der Ferne erkunden

Ein roter Apfel erscheint rot, weil seine Schale den roten Teil des Sonnenlichts reflektiert, während sie die anderen Farbanteile absorbiert, d.h. «schluckt». Bei einem grünen Apfel wird hingegen das grüne Licht reflektiert. In welcher Farbe wir etwas sehen, hängt also davon ab, welche Farbanteile bzw. Frequenzen wie stark reflektiert bzw. absorbiert werden.

Dies machen wir uns auch bei der Erkundung der Erde mit Satelliten, Flugzeugen und Drohnen zunutze. Sie messen, welche Anteile des Sonnenlichts von der Oberfläche reflektiert bzw. absorbiert werden. Dabei ist nicht nur der für uns sichtbare Bereich interessant. Besonders im Infrarotbereich können wir Pflanzenarten unterscheiden und sogar ihren Gesundheitszustand bestimmen. Dazu werden Falschfarbenbilder erstellt, indem den Frequenzbereichen «falsche» Farben zugewiesen werden. Die Farben werden so gewählt, dass relevante Unterschiede deutlich werden – seien sie auch noch so klein. So entstehen oft sehr farbenfrohe und damit aussagekräftige Bilder.

Mit Wellen kann auch die Zusammensetzung der Luft bestimmt werden. Dazu sendet das Erkundungsgerät Wellen mit speziell gewählten Frequenzen aus. Diese werden an den Luftteilchen reflektiert und zeigen ein für jeden Bestandteil typisches Signal. So können z.B. durch Fabriken freigesetzte Abgase entdeckt und somit überwacht werden.

Bewegung erkennen

Nähert sich uns ein Krankenwagen, hören wir seine Sirene in einem hohen Ton. Bewegt er sich von uns weg, ist der Ton tiefer. In beiden Fällen hat der Krankenwagen jedoch den gleichen Ton ausgesendet. Im ersten Fall wurden die Wellen aufgrund der Bewegung «zusammengedrückt», die Frequenz wurde höher. Im zweiten Fall wurden sie «auseinandergezogen», die Frequenz wurde tiefer.

Solche Frequenzänderungen sind typisch bei sich bewegenden Objekten. Sie werden auch beim Licht von Sternen fremder Galaxien beobachtet: Das Sternenlicht ist, wenn es bei uns eintrifft, rötlicher. Diese Rotverschiebung entsteht, weil sich die Galaxie von uns entfernt, wodurch das Licht «gedehnt» wird. Sie dient daher auch als Hinweis darauf, dass sich das Universum ausdehnt.

Wer spricht?

Unsere Stimme ist einmalig und unverwechselbar. Ihre Höhe wird durch die Schwingung der Stimmlippen im Kehlkopf bestimmt. Bei einer Frauenstimme schwingen sie in etwa doppelt so schnell wie bei einer Männerstimme. Ferner verändern Mund-, Nasen- und Rachenraum die im Kehlkopf gebildeten Schallwellen. So entsteht durch ein Gemisch an Frequenzen der individuelle Klang, anhand dessen wir eine Person erkennen können.

Was bei uns unbewusst geschieht, findet auch in der Technologie Anwendung. Um z.B. ein Mobiltelefon mit der Stimme zu entsperren, muss diese zunächst als akustischer Fingerabdruck hinterlegt werden. Dazu wird eine Stimmprobe in ihre Frequenzanteile zerlegt. Beim Entsperren wird die Stimme mit dem gespeicherten Stimmprofil verglichen. Dabei müssen die Hauptmerkmale der Stimmen gleich sein. Eine gewisse Abweichung muss aber zugelassen werden; die Entsperrung soll schliesslich auch trotz einer Erkältung oder lauter Hintergrundgeräusche gelingen.

Auch beim sichtbaren Licht gibt es «Fingerabdrücke». Dies sind die unterschiedlichen Frequenzen, die wir als Farben sehen. Darum können wir bei einer Ampel das grüne Licht vom roten unterscheiden. Das funktioniert auch ausserhalb des für uns sichtbaren Bereichs: Eine Person kann im Wald entdeckt werden, da sie im Gegensatz zu den Bäumen Körperwärme abstrahlt. Diese können wir mit Infrarotkameras messen.