Schatten

Begriff und Schattenarten

Ein Schatten ist der gar nicht oder weniger beleuchtete Raum hinter einem undurchsichtigen oder nicht vollkommen durchsichtigen Körper, der sich im Strahlengang einer Lichtquelle befindet. Der Schattenraum liegt auf der von der Lichtquelle abgewandten Seite des Körpers.

Der Schlagschatten ist die Projektion des Körpers auf seine Standfläche oder Umgebung, etwa auf einen Schirm, eine Wand, den Boden oder einen anderen Körper. Er zeigt räumliche Beziehungen zwischen dem Gegenstand, seiner Umgebung und anderen Objekten. Der Eigenschatten ist dagegen der unbeleuchtete Bereich auf dem Körper selbst. Durch ihn werden beispielsweise Rundungen erkennbar.

Je nach Zahl und Ausdehnung der Lichtquellen unterscheidet man Kernschatten, Halbschatten und Übergangsschatten. Der Rand eines unbeleuchteten Schattens heißt Schattengrenze oder Hell-Dunkel-Grenze; in Astronomie und Meteorologie wird er auch Terminator oder Tag-Nacht-Grenze genannt.

Entstehung und optische Eigenschaften

Das Aussehen eines Schattens hängt von Form, Anzahl und Position der Lichtquellen, der Entfernung zwischen Lichtquelle und Körper, Form und Lage des Untergrundes sowie Gestalt und Lichtdurchlässigkeit des Körpers ab.

Eine punktförmige oder annähernd punktförmige Lichtquelle, beispielsweise eine Kerzenflamme, Glühlampe, LED-Lampe, ein Blitzgerät, Stern oder Strahler, erzeugt einen scharf begrenzten Kernschatten. Bei zwei punktförmigen Lichtquellen entsteht ein Kernschatten, in den kein Licht fällt, sowie ein Halbschatten, der nur von einer der Lichtquellen beleuchtet wird.

Eine ausgedehnte oder diffuse Lichtquelle wie ein Flächenstrahler, ein mattierter Leuchtkörper oder der Wolkenhimmel erzeugt einen unscharfen Schatten. Neben dem Kernschatten liegt ein nach außen heller werdender Übergangsschatten. Ist die Lichtquelle größer als der schattenwerfende Körper, laufen die Begrenzungslinien des Kernschattens hinter dem Körper konisch zusammen. Der Kernschatten reicht deshalb nur bis zu einer bestimmten Entfernung. Je diffuser die Umgebungsbeleuchtung ist, desto weicher und heller erscheint der Schatten. Durch die Beugung des Lichts am Körper können besonders an den Schattengrenzen zusätzliche Strukturen sichtbar werden.

Der Begriff Schatten wird sinngemäß auch bei anderen Wellen verwendet, etwa bei Schallwellen und beim Funkschatten von Radiowellen. Ein Röntgenbild entsteht durch die Projektion des Schattenwurfs untersuchter Gegenstände und wird in Medizin und Technik eingesetzt.

Finsternisse als Schattenphänomene

Eine Mondfinsternis entsteht, wenn der Mond in den Schatten hinter der Erde eintritt. Sie ist total, wenn er vollständig im kegelförmigen Kernschatten der Erde liegt, und kann dann von der gesamten Nachtseite der Erde beobachtet werden. Weil Sonnenlicht in der Erdatmosphäre gebrochen wird, ist der Kernschatten nicht völlig dunkel; der Mond erscheint rötlich und wird als „Kupfermond“ bezeichnet. Bei einer partiellen Mondfinsternis befindet sich nur ein Teil des Mondes im Kernschatten. Eine reine Halbschattenfinsternis ist mit bloßem Auge praktisch nicht zu erkennen.

Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn die Erde in den Schatten des Mondes eintritt. Im Kernschatten des Mondes sieht man eine totale Sonnenfinsternis. Sie ist nur in einem sehr kleinen Bereich der Tagseite sichtbar, weil der Mond von der Erde aus ungefähr so groß wie die Sonne erscheint und sein Kernschatten nur einen kleinen, fast punktförmigen Teil der Erde erreicht. Im Halbschatten sieht man eine partielle Sonnenfinsternis, bei der ein mehr oder weniger großer sichelförmiger Teil der Sonne sichtbar bleibt.

Ist der Mond so weit von der Erde entfernt, dass sein Kernschatten die Erdoberfläche nicht mehr erreicht, entsteht eine ringförmige Sonnenfinsternis. Der Beobachter befindet sich dabei in der Antumbra, auch „Gegenschatten“ oder korrekt übersetzt „Vorschatten“ genannt. Allgemein entsteht eine Antumbra, wenn ein Körper eine größere ausgedehnte Lichtquelle verdeckt, ihr Umriss aber in ausreichender Entfernung vollständig um den Körper herum sichtbar bleibt. Ziehen innere Planeten oder andere Himmelskörper als schwarze Scheibe über die Sonne, spricht man entsprechend von einem Durchgang oder Transit und nicht von einer Finsternis.

Geometrische Konstruktion

In der Darstellenden Geometrie werden Schatten räumlicher Objekte wie Häuser, Türme oder Brücken konstruiert, damit Bilder wirklichkeitsnäher erscheinen. Das Schlagschattengebiet bestimmt man, indem man eine punktförmige Lichtquelle oder die Randpunkte einer ausgedehnten Lichtquelle mit wesentlichen Randpunkten des Körpers verbindet. Die geradlinigen Verlängerungen dieser Verbindungslinien bilden den Umriss des Schlagschattens.

Von einer punktförmigen Lichtquelle laufen die Strahlen konisch auseinander. Der Schatten ist deshalb größer als der Körper: Er wird umso größer, je weiter der Körper von der Projektionsfläche entfernt ist, und umso kleiner, je weiter der Körper von der Lichtquelle entfernt ist. Bei parallel einfallendem Licht, beispielsweise von der als unendlich weit entfernt angenommenen Sonne, bleibt der Schatten gleich groß.

Schatten von parallelem Sonnenlicht oder zentralem Lampenlicht auf einer horizontalen Ebene lassen sich sowohl bei Parallelprojektionen als auch bei Zentralprojektionen relativ einfach konstruieren. Komplizierte Fälle berechnet heute meist der Computer. Moderne Bildsynthese, das Rendering, verwendet dafür unter anderem Strahlenverfolgung oder Raytracing.

Farbige Schatten

Farbige Schatten oder Farbschatten entstehen, wenn ein Gegenstand von mindestens zwei verschiedenfarbigen Lichtquellen beleuchtet wird. Ihre Farbe kann durch objektive optische Bedingungen oder durch physiologische Vorgänge im Auge entstehen. Farbige Schatten lassen sich außerdem mit einer Lichtquelle und einem farbigen durchsichtigen Gegenstand, etwa gefärbtem Glas, erzeugen.

Bei einer roten und einer grünen Lichtquelle bleibt der Kernschatten dunkel, weil ihn keine Quelle beleuchtet. Der Bereich, in den kein grünes Licht fällt, wird nur rot beleuchtet und erscheint rot. Wo das rote Licht abgeschattet wird, fällt nur grünes Licht hin; dieser Halbschatten erscheint grün. Wo sich beleuchtete Bereiche überlagern, gelten die Regeln der additiven Farbmischung.

Bei einer roten und einer neutral weißen Lichtquelle entstehen ebenfalls ein dunkler Kernschatten und ein roter Halbschatten. Der zweite Halbschatten wird zwar von weißem Licht beleuchtet, erscheint aber nicht farbneutral, sondern cyanfarben, also in der Komplementärfarbe von Rot. Dieser Effekt wird physiologisch erklärt.

Auch in der Natur sind Schatten häufig farbig. Bei Tageslicht werden sie beispielsweise durch das Streulicht des blauen Himmels bläulich aufgehellt. Besonders deutlich sieht man dies auf diffus reflektierenden Flächen wie verputzten Hauswänden oder weißem Schnee. Malerinnen und Maler des Impressionismus beobachteten solche Farbnuancen und andere Erscheinungen der atmosphärischen Optik genau und stellten sie in ihren Bildern dar.

Bedeutung in Kunst, Literatur und Gartenbau

In Malerei, Grafik, Fotografie und Computergrafik verdeutlichen Eigen- und Schlagschatten die Körperlichkeit und räumliche Lage von Figuren und Gegenständen. Eine Rundung kann beispielsweise erst durch die Hell-Dunkel-Modellierung verständlich werden. In der abendländischen Kunst wurde der Eigenschatten durchgehend zur Modellierung verwendet, während man zeitweise auf Schlagschatten verzichtete. Seit Beginn der Renaissance erhielt der Schlagschatten große Aufmerksamkeit; das Studium von Licht und Schatten wurde Teil der Kunstausbildung und der Perspektivlehre. Schatten können auch bewusst von der Wirklichkeit abweichen: In Edvard Munchs Gemälde „Pubertät“ von 1894–95 verdeutlicht ein unnatürlich verfremdeter Schlagschatten die Ängste und Belastungen des Mädchens.

In der Literatur dient das Schattenmotiv häufig dazu, menschliche Defizite sichtbar zu machen. Figuren verkaufen ihren Schatten etwa für Reichtum, Liebe oder Glück. Platons Höhlengleichnis beschreibt einen in einer Grotte gefangenen Menschen, der nur Schatten der äußeren Wirklichkeit auf einer Wand sieht und sich die wahre Welt nicht vorstellen kann. Es verdeutlicht, dass unmittelbare Erkenntnis der Wahrheit nicht möglich ist. In „Peter Schlemihls wundersame Geschichte“ von Adelbert von Chamisso aus dem Jahr 1814 verkauft ein Mann seinen Schatten an den Teufel.

Im Gartenbau bezeichnet Halbschatten einen Bereich, der nur zeitweise direkt von der Sonne beschienen wird. Dort kann während der Haupttriebzeit im April und Mai lichter Schatten herrschen, im Sommer für einen halben Tag Baumschatten und im Spätherbst wieder lichter Schatten. Mit einem Horizontoskop lässt sich vor Ort schnell bestimmen, zu welchen Tages- und Jahreszeiten Hindernisse einen bestimmten Punkt beschatten.