Sir Frederick William Herschel (1738-1822), Musiker und Astronom, bemerkte, dass unter Farbfiltern unterschiedliche Temperaturen herrschen. Er leitete Licht durch ein Prisma und wies nach, dass die Temperatur mit der Farbe des Spektrums von Blau über Grün, Gelb, Orange bis hin zum Rot immer höher wird.
Herschel ging noch einen Schritt weiter: Er platzierte das Thermometer hinter das Rot außerhalb des sichtbaren Spektrums und entdeckte, dass die Temperatur hier am höchsten war.
Herschel konnte beweisen, dass sich dieses – für das menschliche Auge nicht sichtbare – Licht genauso verhält wie sichtbares Licht. Infrarote Lichtstrahlen (Infra kommt aus dem Latin und bedeutet »unter«) lassen sich reflektieren und brechen.
Kelvin ist eine Maßeinheit für Temperaturen, wobei 0 Kelvin –273° Celsius entsprechen und ein Kelvin-Schritt einem Schritt auf der Celsius-Skala entspricht. Eine Lichtquelle mit 5000° Kelvin strahlt ein Spektrum aus, das einem auf 5000° Kelvin erhitzten Schwarzkörper entspricht.
Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von 6000° Kelvin und strahlt daher Licht mit dieser Farbtemperatur aus. Das Tageslicht trifft durch die Erdatmosphäre als Streulicht auf. Je nach Ort, Tageszeit, Jahreszeit und Wetter haben wir unterschiedliche Farbtemperaturen beim Tageslicht: Morgenlicht hat eine Farbtemperatur von ~4400° Kelvin, Mittagslicht kann 5500° Kelvin erreichen.
Aber warum sehen wir bläuliches Licht bei hohen Farbtemperaturen und rotes Licht bei niedrigen Farbtemperaturen?
Stellen wir uns den Schwarzkörper als eine schwarze Röhre vor, die beim Aufheizen Licht abstrahlt (im Grunde genommen strahlt jedes Objekt Licht aus, wenn wir es nur genügend aufheizen). Wie bei Sternen oder geschmolzenem Metall erscheint der Körper mit steigender Temperatur erst rötlich, dann weiß, dann bläulich.
Denken wir an den Start einer Rakete: Ihr Triebwerksfeuer ist so heiß, dass es weiß und dann blau wird. Auch Eisen in der Schmelze strahlt am Anfang rötliches Licht aus. Dann wird das Licht immer heller bis hin zum Weiß, wenn das Eisen weiter erhitzt wird.
Kurz: Spektrale Verteilungen, in denen lange, rötliche Wellenlängen vorherrschen, weisen eine niedrige Farbtemperatur auf. Verteilungen, in denen kurze, bläuliche Wellenlängen überwiegen, bilden hohe Farbtemperaturen.
Die Farbe zweier Muster kann uns unter einer Lichtquelle oder Beleuchtungsart gleich erscheinen, aber bei einer anderen Lichtquelle können die Farben voneinander abweichen. Dieses Phänomen bezeichnet man auch als Metamerismus.
Die Lichtquelle oder Farbtemperatur ist von großer Bedeutung, so dass über die Jahre eine Vielzahl von Standard-Farbtemperaturen definiert wurden. Sie heißen kurz und knapp C (North Sky Daylight, 6774 Kelvin) oder D50 (Daylight 5000 Kelvin) oder so ähnlich.
Eine Farbtemperatur mit der Bezeichnung D65 ist z.B. ein typisches Umgebungslicht für einen Computermonitor. D65 entspricht einer Temperatur von 6500 Kelvin und ist deutlich blauer als D50.
| Kerzenlicht | 2000° Kelvin | |
| Sonnenaufgang und Sonnenuntergang | 2500 Kelvin | |
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| Ganz normale Haushaltsglühbirne | 3000 Kelvin | |
| Mondlich | 4200 Kelvin | |
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| Tageslicht an einem sonnigen Tag | 5500 Kelvin | |
| Blitzlicht | 6000 Kelvin | |
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| Bewölkter Himmel | 7500 Kelvin | |
| Blauer Himmel | 12000 Kelvin | |
Betrachten wir ein weißes Blatt Papier unter einer 60 Watt-Glühbirne, erscheint das Blatt unter der Glühbirne deutlich gelb. Geben wir unserem Gedächtnis nur ein paar Sekunden Zeit, sagen wir sofort, dass wir dasselbe Weiß sehen wie bei hellem Tageslicht. Unser Auge kalibriert sich unablässig auf veränderte Lichtbedingungen. Könnten wir das Blatt hingegen gleichzeitig im Tageslicht und unter Kunstlicht sehen, wäre der Farbunterschied prägnant.
Die Farben, die wir bei einer vorgegebenen Lichtquelle sehen, variieren mit der Intensität der Lichtquelle, da sowohl Zapfen als auch Stäbchen gleichzeitig aktiv sind und jeweils unterschiedliche Farbenkurven aufweisen. Wenn das Licht nachlässt, übernehmen die Stäbchen mehr vom Sehen, so dass die Farbwahrnehmung sich mit der Intensität des Lichts ändert. Diesen Effekt gibt die Kruithof-Kurve wieder, die nach A. A. Kruithof benannt ist.
Bei Tageslicht erscheinen uns die mittleren Wellenlängen – also Gelb und gelblichtes Grün – heller als das Blau der kurzen Wellenlängen. Mit nachlassender Helligkeit lässt die Helligkeit der roten Farben schneller nach als die Helligkeit der blauen Farben – der sogennannte Purkinje-Effekt oder Purkinje-Verschiebung.
Unser Auge – besser die Verarbeitung der Farbsignale hinter unserem Sehaparat – gleicht bis zu einem gewissen Ausmaß den Einfluss verschiedenartiger Lichtquellen aus. Nur so sind wir in der Lage, ein Objekt unter verschiedenen Lichtbedingungen immer wieder zu identifizieren. Aber die Entwickler der ersten Farbfilme waren sicher überrascht, als sie entdeckten, dass ihre Bilder einen Farbstich aufwiesen, je nachdem, ob sie in einem Innenraum bei Licht von Glühbirnen oder bei Tageslicht aufgenommen wurden.
