Det finns inget ”vitt ljus”!
Ljus är elektromagnetisk strålning. Det strålningsområde som människoögat kan uppfatta spänner över våglängdsområdet 3900 Å (Ångström) till 7700 Å. Under 3900 Å kallas strålningen ultraviolett ljus, över 7700 Å kallas den infrarött ljus.
”Vitt ljus” är den optiska effekt som uppstår då alla våglängder inom det synliga området blandas samman i ögat (synsinnet). Vi kan dela upp det ”vita ljuset” igen: med ett prisma: visar alla grundkomponenterna i våglängdsområdet, med ett filter: sorterar ut bara en viss våglängd (= färgton) ur ljuset.
Polarisation = ordning och reda
Polarisation innebär att det elektriska fältet förflyttar sig i ett eller annat plan (det magnetiska fältet bortser vi ifrån här – det saknar betydelse för själva förklaringen). Ljuset från vår källa – solen, en glödlampa – har naturligtvis olika ljuskaraktärer (blandningsförhållandet mellan de olika strålningsvåglängderna – saknar också betydelse i just detta sammanhang), men ingen speciell polarisationsriktning – m.a.o. det är opolariserat. Enkelt uttryckt: det är ingen ordning alls på polarisationen. Med ett färgat filter kan du plocka ut just den våglängd (= färgton) som du är intresserad av. Med ett polarisationsfilter kan du plocka ut den polarisation du är intresserad av.
Polarisationsfiltret är ett staket!
Du står framför ett staket, bestående av höga, vertikala spjälor med ett visst fritt mellanrum mellan varje spjäla. Du skall överlämna något, t.ex. en bok, till någon på andra sidan. Hur gör du? Du håller naturligtvis boken vertikalt ( d.v.s. i läge 0°) och skjuter in den genom ett mellanrum. Skulle du hålla boken horisontellt (d.v.s. i läge 90°) skulle du inte kunna få över boken till andra sidan. Polarisationsfiltret är ett ”staket” som du dessutom kan vrida i önskat läge 0° – 180° och därmed välja ut vilken polarisation du vill släppa igenom, respektive spärra. Med polarisationsfiltret kan du – till skillnad från boken – dessutom delvis släppa igenom eller spärra det aktuella polarisationsfältet. Men självfallet kostar det något: en del av ljuset släpps ju inte igenom: du tappar ett bländarsteg (eller i praktiken faktiskt lite mer).
Reflektion = polarisation
I vissa sammanhang reflekteras ljuset mer eller mindre när det träffar en yta eller ett föremål. Vi säger att föremålet är mer eller mindre blankt. Nu kommer det intressanta.
Ljus som träffar föremålet/ytan vinkelrätt, reflekteras opolariserat. Träffar det ytan snett (inom vissa vinklar), kommer det att reflekteras polariserat!
Det innebär t.ex. om belysningen träffar ytan/föremålet i samma riktning som du själv fotograferar, har du ingen användning av ett polarisationsfilter! Bilderna visar effekten av ett polarisationsfilter:
Fig. 1: Dataskärmen belyses från sidan av en lampa. En reflex uppstår i skärmens matta yta.
Fig. 2: Polarisationsfiltret vrids till ett läge där reflexen undertrycks nästan totalt (resterna beror på att infallsvinkeln inte är optimal – vissa delar av reflexen är fortfarande opolariserad). Det innebär att vi nu ställt in filtret så att det står 90° mot reflexens polarisationsriktning = reflexen kommer inte igenom staketet!
Fig. 3: Här är filtret inställt till 0°, d.v.s. i samma polarisationsriktning som reflexen. Det du ser är alltså bara själva reflexen! (Och dessutom lite smuts på skärmen…)
Så om det är blänk i kromen på en amerikanare från 50-talet, eller om det är solblänk i vattnet en sommardag så vet du nu att dessa reflexer är polariserat ljus. Och med hjälp av ditt optiska staket kan du filtrera bort det. Under förutsättning att du inte har solen direkt i ryggen…
Är himlen blå ute i rymden?
Nej, den är svart, kolsvart. Först är det viktigt att vara medveten om att luft är en materia. Den består alltså av molekyler. Det finns det inte ute i rymden. Dessutom har olika ljusvåglängder olika reflektionsegenskaper. Korta våglängder (d.v.s. det blå ljuset) reflekteras mer än långa.
När solljuset träffat jordens atmosfär kommer det att kollidera med luftmolekylerna och till viss del reflekteras. Eftersom de korta våglängderna är lite piggare, är det framförallt dessa som reflekteras och sprids och vi uppfattar därför att himlen är blå (fast det är den ju inte…). På kvällen (och naturligtvis även tidig morgon) när solen står lågt har ljuset en betydligt längre sträcka att förflytta sig i vår atmosfär innan det når jordytan. Och då har också en stor del av den ”blå” strålningen filtrerats bort i atmosfärens molekylbrus. Nu är det strålning åt det gul/röda hållet som dominerar (längre våglängd), den sprids inte på samma sätt, utan går rakt fram. Därför orkar den också mer…
Varför gör polariseringsfiltret himlen blåare?
Det gör det inte. Det bara ser ut så.
Det ljus som reflekteras av luftens molekyler är delvis polariserat. Och förvisso innehåller det en betydande mängd blått (eftersom den våglängden reflekteras mest), men det innehåller också en viss del polariserat ljus av de övriga färgtonerna. Och med ditt polarisationsfilter, ditt optiska staket, kan du reglera hur stor del av detta polariserade ljus som du vill ta bort, i förhållande till det icke-polariserade ljuset.
Det vi får är en subtraktion – minskning – av luminansvärdet i signalen. Himlen blir inte blåare, men den blir mörkare, vilket kan upplevas som om den blir mer mättat blå.
Den lilla andelen polariserat ljus av andra färgtoner filtreras också bort, vilket innebär att även dessa andra färgtoner blir mörkare – eller upplevs som mer mättade. Relationen mellan de olika färgtonerna behålls alltså.
För de av oss som tillbringat ett liv inom televisionens tekniska värld, är detta inget märkligt. I TV-tekniken (färg-) talar vi om fyra olika signaler:
Y-signalen, som enbart är bildens ljus- och kontrastvärden. Y-signalen ger alltså en ren svart-vit bild. De övriga signalerna heter R-Y, G-Y och B-Y, vilket är den röda, gröna och blå signalen, utan sitt luminans- och kontrastvärde. Lägger man samman dessa signaler får vi en RGB-signal, vilket kanske verkar bekant även för personer i datavärlden…
När polarisationsfiltret synes göra himlen blåare, är det samma effekt som om vi på TV-apparaten drar ner bara ljuskontrollen (luminansen). Bilden blir mörkare och kontrasten hårdare. Men det är samma blåa himmel. Så lite fusk är det ju faktiskt…
Utan polarisationsfilter Med polarisationsfilter
Inför din kommande rymdfärd
Så om du planerar en rymdfärd så vet du nu att bilder ut i rymden blir bara svarta – det finns inga luftmolekyler som kan reflektera solens ljus. Å andra sidan, vänder du kameran mot jorden med sin atmosfär, så ser du en bild av vår vackra blå planet. Och nu vet du varför.
TELEVISOR
Lars E. Lindhe