OBJEKTE MIT UNSICHTBAREN WELLEN ERKENNEN: RADAR, SONAR UND ECHOORTUNG ZUM „SEHEN“ NUTZEN

Die Fähigkeit, sichtbare Lichtwellen zu sehen, kann von Vorteil sein, um die Größe, Form, Entfernung und Geschwindigkeit von Dingen in unserer Umgebung zu bestimmen. Aber in vielen Situationen ist das Sehen nicht die beste Option für die Fernerkennung von Objekten. Die meisten Tiere haben zum Beispiel keine Augen am Hinterkopf, viele können nachts nicht sehr gut sehen, und einige leben in den Tiefen des Ozeans, wo das sichtbare Licht nicht hinkommt. Diese Bedingungen behindern jedoch nicht die Fähigkeit vieler Tiere, Objekte zu erkennen. Wie können also Menschen und andere Tiere entfernte Objekte „sehen“, ohne auf den Einsatz des Sehsinns angewiesen zu sein?

Eine Antwort ist, dass es andere Arten von Wellen außerhalb des sichtbaren Lichts gibt und Tiere Methoden entwickelt haben, um diese zu erkennen. Zwei dieser Methoden, Sonar und Radar, sind vom Menschen geschaffene Erkennungssysteme, die es uns ermöglichen, zu „sehen“, was unsere Augen nicht sehen können. Die andere, die Echoortung, ist eine natürliche Methode, mit der einige Tiere Bewegungen durch Schallwellen erkennen können.

Radar

Radar ist ein System zum Aufspüren, Lokalisieren, Verfolgen und Erkennen von Objekten aus großer Entfernung. R.A.D.A.R. ist ein Akronym für „Radio Detection and Ranging“. Es wurde ursprünglich in den 1930er und 1940er Jahren für militärische Zwecke entwickelt, wird heute aber auch für zivile Zwecke eingesetzt. Einige dieser Verwendungszwecke sind die Wetterbeobachtung, die Luftverkehrskontrolle und die Überwachung anderer Planeten.

Radar für die Luftverkehrskontrolle.

Radar funktioniert, indem es Radiowellen, eine Art elektromagnetischer Wellen, in Impulsen über einen Radiosender aussendet. Die Wellen werden von Objekten auf ihrem Weg zurück zu einem Empfänger reflektiert, der diese Reflektionen erkennen kann. Radargeräte verwenden in der Regel dieselbe Antenne zum Senden und Empfangen, was bedeutet, dass das Gerät zwischen aktiv und passiv wechselt. Anhand der empfangenen Radiowelleninformationen kann der Beobachter die Entfernung und den Standort des Objekts, die Geschwindigkeit, mit der es sich im Verhältnis zum Empfänger bewegt, die Bewegungsrichtung und manchmal auch die Form und Größe des Objekts bestimmen.

Radiowellen haben von allen elektromagnetischen Wellen die längste Wellenlänge und die niedrigste Frequenz. Da sie sich langsamer bewegen und weniger Energie verbrauchen, können sie auch bei ungünstigen Wetterbedingungen wie Nebel, Regen, Schnee usw. gut übertragen werden. Detektionssysteme wie Lidar, die mit Infrarot- und sichtbaren Wellen mit kürzeren Wellenlängen und höheren Frequenzen arbeiten, funktionieren unter solchen Bedingungen nicht gut.

Während sich Radar effektiv durch verschiedene Umgebungsbedingungen hindurch oder um sie herum bewegen kann, ist es unter Wasser weit weniger effektiv. Die elektromagnetischen Wellen des Radars werden in großen Wassermassen innerhalb weniger Meter nach der Übertragung absorbiert. Stattdessen verwenden wir bei Unterwasseranwendungen Sonar.

Sonar

S.O.N.A.R., ein Akronym für „Sound Navigation and Ranging“, ist ein ähnliches System wie Radar, bei dem Wellen in Form von Impulsen gesendet und empfangen werden, um Entfernung und Geschwindigkeit zu bestimmen. Es funktioniert jedoch durch die Verwendung von Schallwellen und ist unter Wasser sehr effektiv.

Schallwellen sind mechanische Wellen, d. h. sie sind Schwingungen oder Hin- und Herbewegungen von Materie mit regelmäßigen Geschwindigkeiten. Wenn eine mechanische Welle auf ein Hindernis trifft oder an das Ende des Mediums gelangt, in dem sie sich bewegt, wird ein Teil der Welle in das ursprüngliche Medium zurückgeworfen. Wasser ist ein fantastisches – wenn auch langsames – Medium, um mechanische Wellen über weite Entfernungen zu übertragen, was Sonar zur ersten Wahl für die Erkennung von Unterwasserobjekten macht.

Echolot

Die Echolokation ist eine natürliche Methode zur Übertragung und Erkennung von Schallwellen, die von Tieren verwendet wird, um das gleiche Ziel der Objekterkennung zu erreichen. Obwohl sie in der Umgangssprache manchmal als Sonar bezeichnet wird, benötigt die Echolokation keine vom Menschen hergestellten Geräte, um zu funktionieren, und wird sowohl über als auch unter Wasser eingesetzt. Tiere nutzen die Echoortung, indem sie Schallwellen in die Luft oder das Wasser vor sich aussenden. Anhand der Echos, die bei der Reflexion dieser Töne entstehen, können sie dann Informationen über Objekte in ihrem Weg feststellen.

Die Echoortung kann von jedem Tier genutzt werden, das über schallproduzierende und sensorische Fähigkeiten verfügt. Es ist bekannt, dass Menschen Methoden entwickelt haben, mit denen sie systematisch auf Stöcke klopfen oder mit der Zunge schnalzen, um die für die Echoortung erforderlichen Töne zu erzeugen. Im Allgemeinen wird die Echoortung jedoch eher mit der Verwendung von Ultraschall durch nicht-menschliche Tiere in Verbindung gebracht. Ultraschall ist ein Schall, dessen mechanische Wellenfrequenz höher ist als die, die das menschliche Ohr wahrnehmen kann, obwohl er genauso funktioniert wie hörbare Schallwellen.

Fledermäuse gehören zu den bekanntesten Nutzern der Echoortung. Sie verwenden relativ hohe Wellenlängen, meist Ultraschallwellen, und einige von ihnen können Echoortungstöne von bis zu 140 Dezibel erzeugen – mehr als ein Militärjet, der in nur 100 Fuß Entfernung abhebt. Um mit solch intensiven Schallwellenvibrationen umgehen zu können, schalten Fledermäuse kurz vor dem Rufen ihre Mittelohren aus, um nicht durch ihre eigenen Rufe betäubt zu werden.

Sie benutzen Muskeln in ihrem Mittelohr, um die Knochen, die die Schallwellen zum Innenohr leiten, auseinander zu ziehen, so dass die Schallwellen keinen Weg mehr finden, die Hörschnecke zu beschädigen. Ähnlich wie bei Radargeräten, die zwischen aktiven Sendern und passiven Empfängern wechseln, stellen Fledermäuse ihr volles Hörvermögen einen Sekundenbruchteil später wieder her, um auf Echos zu hören.

Die meisten der mehr als 1300 Fledermausarten nutzen die Echoortung, um bei schlechten Lichtverhältnissen zu jagen und zu navigieren. Fossile Beweise zeigen, dass sich diese Fähigkeit bei Fledermäusen vor mindestens 52 Millionen Jahren entwickelt hat. Sie können ein Insekt in bis zu 15 Fuß Entfernung erkennen und seine Größe, Form, Härte und Flugrichtung durch den geschickten Einsatz der Echoortung bestimmen.

Wellenechos

Tiere sind seit langem in der Lage, Objekte in der Ferne durch die Manipulation nicht sichtbarer Wellen zu erkennen, indem sie Technologien wie Radar und Sonar oder natürliche Echoortung einsetzen. Obwohl jede dieser Methoden ein wenig anders funktioniert und sich auf verschiedene Formen, Größen und Arten von Wellen stützt, funktionieren sie alle, indem sie Wellen aussenden und dann anhand der Echos dieser Wellen Merkmale bestimmen.

Versuchen Sie es zu Hause

Gehen Sie in eine Ecke eines ruhigen Zimmers und schließen Sie die Augen. Versuchen Sie, Ihren Kopf zu drehen und dabei mit dem Mund Klickgeräusche zu machen, ohne Ihren Körper zu viel zu bewegen. Können Sie an der Veränderung des Klickgeräuschs erkennen, wenn Sie sich mehr einer Wand zuwenden oder wenn sich Gegenstände in Ihrer Nähe befinden? Versuchen Sie, Ihre Hand vor Ihr Gesicht zu halten und sie hin und her zu bewegen, während Sie klicken. Können Sie anhand des Geräuschs erkennen, wie weit der Gegenstand entfernt ist oder in welche Richtung er sich bewegt? Seien Sie kreativ und probieren Sie es mit verschiedenen Arten von Gegenständen und verschiedenen Orten aus!