Schatten

Schatten von Teilen eines Kaktus' auf einer Wand

Licht und Schatten auf und bei Sphären, Leonardo da Vinci 1492

Ein Schatten ist

• eine unbeleuchtete Fläche (eines Gegenstands, zum Beispiel eine Wand), beziehungsweise das mittels einer Lichtquelle auf ihr erzeugte Projektionsbild des im „Weg des Lichtes stehenden“ Gegenstands (zum Beispiel beim Schattenspiel). Deren Rand heißt Schattengrenze oder Hell-Dunkel-Grenze, in Astronomie und Meteorologie auch Terminator oder Tag-Nacht-Grenze.

• der Raum zwischen der unbeleuchteten Fläche und dem schattenwerfenden Gegenstand, auch Schattenraum („Raum ohne Licht“) genannt. Die nicht beleuchteten Flächen des Schattenraums – auch die Rückseite des schattenwerfenden Gegenstandes – sind sogenannte schattierte Flächen.

Man unterscheidet je nach Anzahl und Ausdehnung der Lichtquellen mehrere Arten von Schatten.

Schatten bei einer einzelnen Lichtquelle

Ein startendes Space Shuttle. Die Sonne steht links hinter der Kamera, und der Schatten der Rauchsäule wird in der Erdatmosphäre in Richtung des Mondes geworfen.

Eigenschatten

Der Eigenschatten eines Körpers ist der Schatten, den der Körper auf sich selbst durch sich selbst verursacht. Dabei sind aber nur Schattenflächen gemeint, die auf den jeweiligen schattenverursachenden Flächen liegen. Anders formuliert ist der Eigenschatten die Menge der nicht beleuchteten also die der Lichtquelle abgewandten Seiten.

Ein Schatten ist der hinter einem Objekt entstehende Mangel an Strahlung, die das Objekt auf seiner der Strahlenquelle zugewandten Seite empfängt. Ein Schatten wird immer von einem Objekt in die der von ihm empfangenen Strahlung entgegengesetzten Richtung geworfen, auch wenn dieser Schatten auf kein anderes Objekt trifft.

Schlagschatten

Schatten des Teide auf Teneriffa

Der Schlagschatten wird auf einem hellen Hintergrund hervorgerufen, wenn das Objekt davor von einer nahezu punktförmigen Lichtquelle (Sonne, Scheinwerfer, Fotoblitz) beleuchtet wird. Dieser Schatten ist bemerkenswert scharf und wird daher vom Betrachter besonders intensiv wahrgenommen. Er bildet das Objekt zumindest teilweise ab und lässt erkennen – ebenso wie der Körperschatten – aus welcher Richtung das Licht kommt.

Die Schattenprojektion nennt man auch Schattenriss, sie zeigt den Umriss also die Silhouette des Objektes. Schattenriss wird auch eine Zeichnung genannt, die durch Nachzeichnen der Schattenprojektion entsteht. Im Schattentheater kann die Vergrößerung des Schattens zur Veränderung der scheinbaren Proportionen zweier Gegenstände zueinander ausgenutzt werden, indem diese verschieden nahe zur Lichtquelle positioniert werden.

Einen negativen Aspekt hat diese Schattenwirkung im Zusammenhang mit sehr starken Belichtungsereignissen, wie sie durch den Atombombenblitz hervorgerufen werden. Die enorme Strahlungsdichte bewirkt thermische Materialveränderungen im nicht abgeschatteten Bereich, wodurch die wenig bestrahlte Schattenfläche einen Kontrast als dauerhafte Abbildung hinterlässt.

Drei Lichtquellen ergeben drei Schattenbilder eines Ambigramms

Schatten bei Parallelbeleuchtung

• Ist eine Kante zu einer schattenempfangenden Ebene parallel, so ist der Schatten der Kante zur Kante parallel.
• Ist eine Kante zu einer schattenempfangenden Ebene nicht parallel, so geht der (verlängerte) Schatten der Kante durch den Schnittpunkt der (verlängerten) Kante mit der Ebene.
• Der von einer lotrechten Kante auf eine waagerechte Ebene geworfene Schatten ist parallel zu den Grundrissen der Lichtstrahlen.

Schatten bei ausgedehnten oder mehreren Lichtquellen

Kernschatten

Der Kernschatten (Umbra) ist der düsterste Bereich eines Schattens.

Da reale Lichtquellen nicht punktförmig sind, sondern eine gewisse räumliche Ausdehnung haben, sind die Umrisse eines Schattens nicht scharf begrenzt. Der Grund dafür ist, dass am Rand des Schattens Teile der Lichtquelle zwar verdeckt sind, andere Bereiche der Lichtquelle jedoch noch sichtbar sind (Halbschatten). Ist die Lichtquelle klein genug oder ausreichend weit entfernt, so gibt es im Inneren des Schattens einen Bereich, in dem die Lichtquelle vollständig verdeckt ist. Dieser Bereich ist der Kernschatten.

Simulation der Sonnenfinsternis am 29. März 2006

Bei der Mondfinsternis ruft der Kernschatten der Erde die deutliche Verdunklung der Mondoberfläche hervor, während der Effekt des Halbschattens mit bloßem Auge praktisch nicht zu erkennen ist. Bei Sonnenfinsternissen erlebt man eine totale Sonnenfinsternis, wenn man sich im Kernschatten des Mondes befindet. Im Halbschatten erlebt man nur eine partielle Sonnenfinsternis oder eine ringförmige Sonnenfinsternis. In letzterem Fall erreicht der Kernschatten die Erde nicht.

Halbschatten

Schattenwurf im Nebel

Schatten einer Katze

Der Halbschatten (Penumbra) ist die Fläche, die nicht das volle Licht der Umgebung erhält. Eine einzige Punktlichtquelle kann hinter einem schattenwerfenden Gegenstand daher keinen Halbschatten hervorrufen. Erst die Existenz mindestens einer zweiten Punktquelle kann einen Kernschatten und darum herum maximal so viele Halbschattenflächen erzeugen, wie Lichtquellen vorhanden sind.

Die häufigste Ursache für Halbschatten sind jedoch ausgedehnte Lichtquellen. Wird etwa ein mattierter Leuchtkörper zur Ausleuchtung eines Raums verwendet, so lässt sich im Schatten eines Körpers an der Wand ein nahezu schwarzer Schattenbereich und darum herum ein Halbschattenbereich erkennen. Würde man vom Bereich des Kernschattens aus in Richtung Lichtquelle schauen, so wäre sie vollständig durch den Gegenstand verdeckt. Aus dem Halbschatten heraus ist die Lichtquelle dagegen nur teilweise bedeckt. Der dunkle Bereich des Kernschattens ist dabei umso ausgedehnter und auch schärfer begrenzt, je näher der Gegenstand an der Wand ist. Mit zunehmendem Abstand des Gegenstandes von der Wand verschwindet der Kernschatten und es bleibt nur Halbschatten übrig.

Ein Loch ruft einen Halbschatten in der Form der Lichtquelle hervor, wenn das Loch einen kleineren Raumwinkel als die Lichtquelle bildet. Dies lässt sich in der Natur an kreisförmigen Abbildungen der Sonne unter Bäumen beobachten – auch wenn die Lücken des Blätterdaches eine eckige Form haben, sind die Lichtflecken rund. Diese „Sonnenkringel“ oder „Sonnentaler“ ändern bei einer teilweisen Sonnenfinsternis ihre Form von rundlichen Flecken zu bogenförmigen Sicheln. Der Effekt ist in perfektionierter Form bei der Camera Obscura wiederzufinden.

Eine der frühesten künstlerischen Darstellungen von Kern- und Halbschatten findet sich bei Robert Campin (Gemälde des „Gnadenstuhls“, Städel Frankfurt, c. 1410-30).

Im Gartenbau versteht man unter Halbschatten, wenn ein Gewächs nicht direkt der Sonne ausgesetzt ist. So herrscht zur Haupttriebzeit April und Mai lichter Schatten, im Sommer möglicherweise Baumschatten für einen halben Tag, im Spätherbst wieder lichter Schatten.

Schatten durch verschiedene Lichtquellen

Sonne, Mond und Gewitterblitze bei Nacht können sichtbaren Schattenwurf erzeugen. Künstliche Lichtquellen wie Lampen, Glühbirnen, Autoscheinwerfer oder Kerzen erzeugen ebenfalls gut sichtbare Schatten. Schatten sieht man allerdings nur, wenn die Lichtquelle so stark ist, dass außerhalb des Schattens noch eine Lichtreflexion wahrgenommen werden kann. Sterne sind so lichtschwach, dass sie keinen sichtbaren Schatten erzeugen. Selbst Sirius, der hellste Stern am Himmel, ist nicht hell genug, um einen Schatten zu erzeugen. Gelegentlich wird darüber spekuliert, ob die Venus hell genug ist, um einen sichtbaren Schatten zu erzeugen. Dies könnte tatsächlich – unter besonderen Umständen – möglich sein. Wer zur Zeit der größten Venushelligkeit in einer wolkenlosen, klaren Neumondnacht fernab aller künstlichen Lichtquellen mit perfekt adaptierten Augen durch eine Schneelandschaft wandert, hat Chancen, von der Venus erzeugte Schatten zu sehen.

Farbige Schatten

Komplementärfarbige Schatten

Farbige Schatten entstehen, wenn eine Szene von mindestens zwei verschiedenfarbigen Lichtquellen beleuchtet wird, im Bereich der Halbschatten, die die einzelnen beleuchteten Gegenstände aufeinander und auf den Hinter- beziehungsweise Untergrund der Szene werfen. Sie können auch mit einer einzigen, monochromen Lichtquelle und einem farbigen durchsichtigen Gegenstand, zum Beispiel einem gefärbten Glas, erzeugt werden.

Erzeugung farbiger Schatten

Mischfarben im Schatten bei örtlich getrennter Beleuchtung durch die Grundfarben Rot, Grün und Blau

Durch kontrollierten Einsatz verschiedenfarbiger Lichtquellen und entsprechend in der Szene positionierte Gegenstände lassen sich auf einem Projektionsschirm farbige Schatten experimentell erzeugen. Die wahrgenommenen Mischfarben folgen dabei den Gesetzen der additiven Farbmischung.

Farbige Schatten bei natürlicher Beleuchtung

Bei natürlicher Beleuchtung treten im Halbschattenbereich Wechselwirkungen mit der durch subtraktive Farbmischung generierten Eigenfarbe (beispielsweise der Anstrichfarbe) des Hintergrundes auf:

Bei Beleuchtung mit Tageslicht sind die Schattenbereiche nicht vollständig dunkel, sondern durch Streulicht aus dem Himmelsblau aufgehellt. Dieses ist gegenüber dem primären Sonnenlicht spektral blauverschoben (Rayleigh-Streuung), deshalb enthalten Schattenbereiche einer gleichfarbigen Fläche einen höheren Blauanteil gegenüber den Bereichen, die im direkten Sonnenlicht liegen. Dies wird besonders deutlich im Fall diffus reflektierender Flächen, etwa einer (farbigen) verputzten Hauswand oder einer (rein weißen) Neuschneefläche.

Goethe beschäftigt sich in seiner Farbenlehre intensiv mit diesen natürlichen Farbigen Schatten und sucht nach Gründen, warum sie (auch nach Beobachtungen von Horace-Bénédict de Saussure) nicht immer blaustichig sind.

Farbige Schatten als bildnerisches Gestaltungsmittel

Die genaue Beobachtung der Farbnuancen in farbigen Schatten und anderer Effekte der atmosphärischen Optik war und ist Ausgangspunkt zur Entwicklung wichtiger künstlerischer Stilmittel, insbesondere im Impressionismus. Die Darstellung der Wechselwirkung von abgebildetem Gegenstand und räumlich umgebender Atmosphäre schafft einen Bildraum, der den Beobachter mit einbezieht und den Bildern unmittelbare Lebendigkeit und Frische verleiht.

Siehe auch

• Schatten (Archetyp) – Urbild nach Carl Gustav Jung
• Schattenwirkung, Schatten (Computergrafik) – die Darstellung von Schatten
• Verschattung, Röntgentechnik
• Verschattungsanalyse, Solartechnik
• Beschattung

Weblinks

 Commons: Schatten – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Experimentelle Anordnung zur Erzeugung Farbiger Schatten (LEIFI)
• Abschnitt aus Goethes Farbenlehre zum Thema "Farbige Schatten"
•  Wiktionary: Schatten – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
•  Wikiquote: Schatten – Zitate