Weitsicht und Lichtgeschwindigkeit

Auf die Frage hin, wie weit ein Mensch sehen kann, kam mir der Gedanke, dass man seine Umwelt generell nur unter Lichteinfluss wahrnehmen kann.
Das heißt, im Dunkeln sieht man nichts.

Wenn man sich nun die Frage stellt, "wie weit kann ein Mensch sehen?", dann landet man irgendwo im Bereich von mehreren Lichtjahren. Allerdings nur, wenn das Objekt genug Leuchtkraft erzeugt und man es ungehindert beobachten kann, also keine Atmosphäre die Sicht trübt.
Der klassische Sternenhimmel halt.

Nun ist es so, dass z.B. ein Stern, der 60 Lichtjahre von uns entfernt ist, Licht erzeugt und dieses permanent in alle Himmelsrichtungen wirft. Beobachtet man nun diesen Stern, dann erreicht dieses Licht unsere Netzhaut im Auge, nach einer sehr langen Reise, nämlich nach 60 Jahren. Man kann ihn noch sehen, da die Lichtenergie ausreichend genug ist/war, um verlustfrei diese lange Distanz zu meistern.

Wenn dieser Lichtstrahl nun auf unsere Netzhaut trifft, dann macht er das ja selbständig, dass heißt, unser Auge guckt gar nicht in die Ferne, sondern empfängt nur sämtliche Lichtquellen, die stark genug sind, unser Auge zu erreichen.

Ist die Frage "wie weit kann ein Mensch sehen" in diesem Sinne nicht völlig falsch formuliert, da es eigentlich heißen müsste: "wie stark muss eine Lichtquelle sein, damit sie noch sichtbar ist?"

Ich finde darauf keine Antwort.

silberhauch schrieb:"wie stark muss eine Lichtquelle sein, damit sie noch sichtbar ist?"

Andromeda ist über 2 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und mit geschultem Auge angeblich (hab's noch nicht probiert) als schwacher nebliger Fleck erkennbar.

Andromeda ist in diesem Fall eine Lichtquelle, die aber wiederum aus Milliarden Sternen, also einzelnen Lichtquellen besteht.
Von daher ist deine Frage nicht so einfach zu beantworten

@silberhauch
Es geht also um die Lichtempfindlichkeit: nach den letzten Untersuchungen kann man ein einzelnes Photon wahrnehmen.
Aber man müsste in deiner Frage auch die Auflösung reinnehmen, sprich wieviel Photonen von einer Quelle muss man wahrnehmen um es als etwas zu erkennen.

Wikipedia sagt zu Lichtempfindlichkeit des
menschlichen Auges auszugsweise :

"...Bereits ein einzelnes absorbiertes Photon führt nach einer Reihe von intrazellulären Prozessen zu einer Membranspannungsänderung von etwa 1 mV..."



Aus der ebenfalls von Wiki stammenden Grafik geht
hervor, für welche Wellenlänge das menschliche Auge
besinders empfindlich ist.

Da nun ein einzelnes Photonen schon genügt, um für
uns bei einer bestimmten Wellenlänge einen
Lichtreiz wahrzunehmen, kann über das
Planck'sche Wirkungsquantum eine Energiemenge
des empfangenen Photons berechnet werden.

h ~ 6,626 E -34 Js

f ~ 5,32 E 14 Hz ( Frequenz für Gelb 564 nm )

Die Energie eines einzelnen Photons beträgt daraus
also

h * f = 6,626 E -34 Js * 5,32 E 14 Hz

E ~ 3,53 E -19 J

Da diese hohe Lichtempfindlichkeit auf die "Stäbchen"
der Netzhaut begrenzt ist und von diesen etwa
120 Millionen Stück auf der Netzhaut sitzen, wobei
durchschnitzlich etwa 100.000 Stäbchen/ mm^2 liegen,
kann daraus eine Bestrahlungsfläche abgeleitet werden.

120.000.000 Stäbchen / 100.000 Stäbchen/ mm^2

Ao ~ 1200 mm^2 ( = 0,0012 m^2 )

Da en Stäbchen 1 Photon benötigt und 120 mio Stäbchen
logisch 120 mio Photonen, ergibt sich eine energiemenge
von

120.000.000 * 3,53 E -19 J

E ~ 4,24 E - 11 J

Diese Energiemenge verteilt sich auf der Netzhaut.
Somit ist der geringste Wert für gerade sichtbare
Helligkeit

Empfindlichkeit = 3,53 E -8 J/m^2

Also muß ein Objekt mit Eigenleuchtkraft mindestens
so nah sein, daß diese Energiedichte erreicht wird.

Da die Leuchtkraft eines Objektes umgekehrt proportional
zum Quadrat der Entfernung abnimmt, kann darüber
zurück gerechnet werden.

1 LJ = 9,46 E 15 m

60 LJ ~ 5,68 E 17 m

Also halbe Entfernung ergibt viefache Helligkeit.
Im Abstand von 1 Meter ergibt sich somit für das
Objekt eine erforderliche Helligkeit von

( 5,68 E 17 m )^2 * 3,53 E -8 J/m^2

Eo ~ 1,14 E 28 J/m^2 ( = 114 E 14 TJ/m^2 )

,um es hier auf der Erde gerade noch sehen zu können.

Also 114 Tera-Tera-Joule je Quadratmeter 🤪

oh ...
es sind 11.400 Tera-Tera-Joule ...

Das du dazu nirgends etwas findest, liegt vermutlich
daran, daß der großteil der Menschen sich derartige
Energiemengen sowieso nicht vorstellen kann.

silberhauch schrieb:Ist die Frage "wie weit kann ein Mensch sehen" in diesem Sinne nicht völlig falsch formuliert, da es eigentlich heißen müsste: "wie stark muss eine Lichtquelle sein, damit sie noch sichtbar ist?"

Ich würde sagen, es ist im weiteren Sinne richtig formuliert. Genauer müsste es denn heißen: Wie empfindlich ist das menschliche Auge?

Ansonsten so wie @nisus es bereits herausgefunden zu haben scheint. Wieviel muss das Auge empfangen, um noch etwas erkennen zu können?

silberhauch schrieb:Ist die Frage "wie weit kann ein Mensch sehen" in diesem Sinne nicht völlig falsch formuliert,

Eine ähnliche Frage bekomme ich immer wieder, wenn ich auf meinem Fotoapparat ein dickes Tele drauf habe: "Wie weit kannst du damit fotografieren?" Meine Standardantwort lautet dann immer: "149 Millionen Kilometer!" Ist doch nicht gelogen, wenn ich einen Sonnenaufgang fotografiere :-)

nisus schrieb:Da nun ein einzelnes Photonen schon genügt, um für
uns bei einer bestimmten Wellenlänge einen
Lichtreiz wahrzunehmen

Wenn ich den Wiki-Artikel richtig verstanden habe (ich bin kein Mediziner oder Biologe), reagiert das Meschliche Auge zwar auf ein Photon, für einen wahrnehmbaren Seheindruck bedarf es aber einer wesentlich größeren Lichtmenge.
Wie viel, wird nicht direkt gesagt. Aus den Ausführungen in
Wikipedia: Hyperpolarisation (Biologie)
könnte man schließen, dass etwa 30 gleichzeitig eintreffende Photonen notwendig sind, um die die biochemischen Prozesse auszulösen, die letztendlich zu einen Seheindruck führen.

Lupo54 schrieb:dass etwa 30 gleichzeitig eintreffende Photonen notwendig sind, um die die biochemischen Prozesse auszulösen

ja ok. wenn nun mehr Photonen nötig sind, um es
tatsächlich als Sehimpuls interpretiert zu bekommen,
so muß mein oben genanntes Ergebnis ja nur um den
Faktor vergrößert werden, da er auf ein Einzelphoton
bezogen ist.
Insgesamt ist meine rechnerische Darstellung
eh nur eine grobe Näherung und
weist auf die Größenordnungen hin, in denen sich die
kosmischen Energien bewegen müssen in solchen
Entfernungen, um noch überhaupt etwas davon mit
dem menschlichen Auge wahrnehmen zu können.

Vielleicht ist es ja auch totaler bullshit, was ich da
zusammengerechnet habe 🤪.

Ich habe in den Tiefen des Internets was zum Thema gefunden:

http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2016/08/09/koennen-wir-einzelne-photonen-sehen/

Danach ist das sichere Sehen eines einzelnen Photons unter "normalen" Bedingungen nicht nöglich. Es bedarf Probanten mit guten Sehsinn, einer ausgefeilten Versuchsanordnung, Eingewöhnung usw.
Und dann liegt die Aussage: Ich habe etwas gesehen/ich habe nichts gesehen ganz leicht über den Wahrscheinlichkeitswerten.
Aber schon zwei Photonen dicht hintereinander bringen ein deutlicheres Ergebnis. Leider wird auch hier nicht gesagt, wie viele Photonen für den Durchschnittsmenschen unter Durchschnittsbedingungen für einen Seheindruck nötig sind, aber wir können wohl davon ausgehen, dass tatsächlich nur eine geringe Zahl gleichzeitig oder unmittelbar hintereinander ausreicht.
Meine Katze mit ihren wesentlich empfindlicheren Augen dürfte tatsächlich mit einem auskommen.