Modul 3: Wechselwirkungen elektromagnetischer Strahlung
Bisher wurde denke ich jedem ersichtlich, dass die elektromagnetische Strahlung, mit der wir fernerkundliche Aufnahmen der Erde vom Weltall aus machen, nicht ungehindert die Atmosphäre passieren kann. In diesem Zusammenhang fielen Begriffe, wie „Streuung“, „Absorption“ oder „Reflexion“. Welche anderen Arten der Wechselwirkungen es noch gibt und was dabei genau geschieht, wird in diesem Kapitel behandelt.
Welche Arten von Wechselwirkungen treten auf?
Wie wirken sie sich aus?
Neben den schon genannten Wechselwirkungen „Streuung“, „Absorption“ und „Reflexion“, treten auch „Transmission“, „Refraktion“ und „Emission“ auf. Im Prinzip befindet sich jeder Körper, jedes Teilchen oder noch so kleine Molekül durch elektromagnetische Strahlung in ständiger Wechselwirkung mit seiner Umgebung. Auf diesen objekt- und materialspezifischen Eingenschaften beruht die Fernerkundung. Da uns aber meist nur die „reinen“ Bilder der Erdoberfläche interessieren, müssen uns die Wechselwirkungen in der Atmosphäre bekannt sein, um Modelle aufzustellen, die diese Einflüsse herausrechnen.
Zu Beginn des Moduls 1 wurde erklärt, wie elektromagnetische Strahlung entsteht. Ein ähnlicher Vorgang findet statt, wenn beispielsweise Sonnenstrahlung auf Materieteilchen trifft:
Ein Teil der Strahlungsenergie geht auf das Teilchen über und versetzt dessen Elektronen in einen angeregten Zustand. Je näher die Elektronen um den Atomkern kreisen, desto höher ist ihre Bindungsenergie bzw. desto mehr Energie muss aufgewendet werden, um es aus seiner Schale zu lösen. Alle Elektronen einer Schale haben ein diskretes Energieniveau, d.h. der Betrag, um das nächste Energieniveau zu erreichen, ist genau festgelegt. Trifft nun ein Photon, also ein Lichtquant der Energie E = hf (mit h... Plancksches Wirkungsquantum und f... Lichtfrequenz), auf ein Atom, so speichert ein entsprechendes Elektron diesen Energiebetrag, in dem es auf ein höheres Energieniveau angeregt wird. Schon nach ca. 10-9 s fällt es aber wieder in seinen Grundzustand zurück und stößt das gespeicherte Energiepaket ab. Je nachdem, auf welche Art und Weise dies geschieht, unterscheidet man zwischen Absorption, Streuung und Reflexion.