Farben & Klänge

Das schwärzeste Schwarz

Silhoutte eines Tannenwaldes vor sternenübersätem Nachthimmel

Bild: Clint McKoy auf Unsplash

Schwarz ist der Nachthimmel, wenn weder Mond- noch künstliches Streulicht die Sicht aufhellt. Schwarz ist der Sinneseindruck, den wir empfinden, wenn jegliches Licht fehlt. Mit einer aussergewöhnlichen Substanz wie Vantablack kommt man diesem Eindruck sehr nahe: Sie „verschluckt“ das Licht fast vollkommen und ermöglicht dadurch ungewöhnliche optische Täuschungen.

Im Universum ist es dunkel – so dunkel, wie wir es uns überhaupt vorstellen können. Die schwache kosmische Hintergrundstrahlung, die aus der Zeit kurz nach dem Urknall herrührt, liegt in einem Wellenbereich, der für uns unsichtbar ist. Von Sternen wie unserer Sonne geht zwar sichtbare elektromagnetische Strahlung aus, doch gibt es im Weltall verteilt zu wenige Sterne, um den Raum zwischen ihnen zu erhellen. Das Licht aus den entferntesten Regionen des sich ausdehnenden Universums wird uns nie erreichen, da die Lichtgeschwindigkeit dafür nicht ausreicht!

Störungsfrei ohne Reflexion

Als „schwarz“ bezeichnen wir im Alltag einen Körper, der einen Grossteil der sichtbaren Strahlung absorbiert. So kommt es, dass sich schwarze Gegenstände, die der Sonne ausgesetzt sind, rasch sehr warm anfühlen: Sie reflektieren die Sonnenstrahlen nicht, sondern nehmen ihre Energie auf und geben sie als langwellige Wärmestrahlung wieder ab. Materialien, die Strahlen absorbieren und keine Lichtreflexe verursachen, sind auch in der Technik interessant. Instrumente, die mit Hilfe von Lichtsignalen oder Laserstrahlen Messungen durchführen oder Schaltkreise regeln, müssen diese Signale möglichst störungsfrei empfangen können, ohne dass sie durch Reflexionen beeinflusst werden. Dazu beschichtet man die Innenseite solcher Präzisionsinstrumente tiefschwarz. Dasselbe gilt für die optischen Systeme von Weltraumsatelliten.

Milliarden von Nanoröhrchen

Bronzeskulptur eines Kopfes, daneben ein schwarzes Oval auf Sockel mit denselben Dimensionen wie die Skulptur

Dieselbe Bronze-Skulptur – das linke Exemplar ist mit Vantablack beschichtet. Bild: Surrey NanoSystems

Es war eine kleine englische Firma, die Beschichtungen für Instrumente der Messtechnik entwickelte und dabei im Jahr 2014 unverhofft „das schwärzeste Schwarz“ erfand. Es wurde Vantablack genannt, eine Abkürzung, die für Vertically Aligned Nano Tube Array steht. Wie der Name sagt, hat diese Beschichtung eine Struktur von senkrecht ausgerichteten Nanoröhrchen. Diese bestehen aus Kohlenstoff, und ihren Effekt auf Lichtstrahlen kann man sich mit folgendem Vergleich vorstellen: So wie in einem Wald von sehr dicht stehenden, unendlich hohen Bäumen kein Sonnenlicht den Boden erreichen würde, verliert sich auch das Licht in den Nanoröhrchen, da es zwischen ihnen hin- und hergeleitet wird und praktisch die gesamte Energie schliesslich vom Material absorbiert wird. Während gewöhnliche schwarze Farbe immer noch etwa 10% des Lichts zurückwirft, nimmt Vantablack mehr als 99.9% des einfallenden Lichts auf und lässt es für das Auge „verschwinden“!

Schwarz und noch schwärzer

Tiefschwarzes Auto im Licht mehrerer Scheinwerfer

Der ultraschwarze BMW von 2019; die mit Vantablack lackierten Karosserieteile wirken flächig wie ein Scherenschnitt. Bild: Alexander Migl/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Inzwischen ist Vantablack, technisch gesehen, nicht mehr das schwärzeste Schwarz. Es sind in den letzten Jahren weitere Beschichtungen entwickelt worden, die sogar noch ein paar Hundertstel Prozent mehr Licht absorbieren. Daneben gibt es nun eine – ziemlich teure – Farbe auf Acrylbasis, die man sich auch als Privatperson nach Hause bestellen und mit einem Pinsel oder der Airbrush-Pistole auftragen kann (sie heisst Musou Black). Interessant ist, wie ein so vollkommenes Schwarz auf das menschliche Auge wirkt: Je nachdem, auf was für einem Objekt es angewendet wird, erscheint das Objekt auf surreale Weise zweidimensional, wie ein Loch oder wie ein Photoshop-Effekt zum Anfassen.

Im Jahr 2019 wurde ein mit Vantablack lackiertes Auto präsentiert. In der von Scheinwerfern erleuchteten Garage wirkt der tiefschwarze BMW wie ein Schatten oder Scherenschnitt, da er selbst im Blitzlicht keine Spiegelungen zurückwirft (für den Strassenverkehr ist ein solcher Lack natürlich nicht zugelassen, abgesehen davon, dass er wenig haltbar wäre). Die Proben, die der Hersteller von Vantablack zeigte, sehen aus, als ob die damit beschichteten Folien ein Loch hätten. Die völlige Abwesenheit von Reflexionen, Konturen und Materialstruktur täuscht unserem Auge nämlich vor, dass an dieser Stelle „nichts“ ist.

Das schwarze Loch im Boden

Frau in Reinraum-Kleidung hält eine Metallfolie in die Kamera, auf die ein schwarzes Sechseck aufgemalt ist, das aussieht wie ein Loch

Ein Loch in der Folie? Nein, zu sehen ist hier eine Beschichtung mit Vantablack, die für das Auge jegliche Tiefenschärfe verschwinden lässt. Bild: Surrey NanoSystems

Genau so erging es den Besuchern eines Museums in Porto, wo der Künstler Anish Kapoor ein 2.5 Meter tiefes Loch in den Boden eingelassen und die gesamte Installation mit Vantablack beschichtet hatte. Warnhinweise waren bestimmt vorhanden, doch sah das Loch im Boden so täuschend aus wie ein flächiger Farbfleck, dass sich ein Mann nicht davon abhalten liess, darauf zu treten – und prompt in das Loch fiel! Im Gegensatz zu den weit entfernten Schwarzen Löchern im Universum ging von diesem eben doch eine ganz reale Gefahr aus …

Das tiefste Schwarz im Tierreich

Auch gewisse Tierarten schmücken sich mit einem Schwarz, das es mit Vantablack durchaus aufnehmen kann! Dazu gehören beispielsweise einige Tiefseefische. Ihr Lebensraum ist zwar grundsätzlich stockdunkel, doch einige Raubfische machen sich Biolumineszenz zunutze, um ihre Beutetiere sichtbar zu machen. Vor dieser Strategie sind Fische mit einer lichtabsorbierenden Haut jedoch geschützt!

Ein anderes Beispiel sind die Männchen verschiedener Paradiesvogel-Arten, deren Federn so aufgebaut sind, dass sie in völlig strukturlosem Schwarz erscheinen. Das macht die anderen, leuchtenden Farben ihres Gefieders umso auffälliger und attraktiver für Weibchen. Zu den Paradiesvögeln mit einem solch aussergewöhnlichen Federkleid gehören der Schild-Paradiesvogel (Ptiloris paradisea, links) und der Kragenparadiesvogel (Lophorina superba, rechts).

Quelle: Structural absorption by barbule microstructures of super black bird of paradise feathers. Dakota E. McCoy et al., Nature Communications (2018)9:1

Collage: Zwei tiefschwarze Vögel mit grün-blauen Halsfedern, jeweils auf einem Ast sitzend
Erstellt: 31.03.2023
Mehr