Neues Fachbuch "Optik & Sehhilfen" erschienen Warum das emmetrope Auge unter Wasser unscharf sieht

Wer schon einmal im Schwimmbad oder beim Schnorcheln die Augen unter Wasser geöffnet hat, kennt das Phänomen: Innerhalb eines Augenblicks verschwimmen Konturen, Gegenstände wirken unscharf und selbst nahe Objekte lassen sich kaum noch erkennen. Aus optischer Sicht geschieht dabei etwas Erstaunliches. Aus einem emmetropen Auge wird kein kurzsichtiges, sondern ein hyperoper Abbildungszustand. Warum ist das so?

Diese Fragestellung begegnet mir seit vielen Jahren regelmäßig in der Meisterausbildung. Gerade an ihr zeigt sich, ob optische Zusammenhänge wirklich verstanden oder lediglich einzelne Fakten auswendig gelernt wurden. Denn die Antwort lautet nicht einfach: „Unter Wasser entsteht eine Hyperopie.“ Diese Aussage beschreibt lediglich das Ergebnis. Spannend wird es erst, wenn man erklären kann, warum es dazu kommt.

Viele vermuten die Ursache zunächst in der Augenlinse. Schließlich verändert sie ihre Brechkraft durch Akkommodation und sorgt dafür, dass wir Objekte in unterschiedlichen Entfernungen scharf sehen können. Tatsächlich spielt sie bei diesem Phänomen jedoch nur eine Nebenrolle. Die entscheidende Rolle übernimmt die Hornhaut.

Mit rund 43 Dioptrien (dpt) liefert sie etwa zwei Drittel der Gesamtbrechkraft des menschlichen Auges. Ihre hohe Brechwirkung beruht jedoch nicht allein auf ihrer Krümmung, sondern vor allem auf dem deutlichen Unterschied der Brechungsindizes zwischen Luft und Hornhaut. An der Grenzfläche zwischen Luft (n ≈ 1,00) und Tränenfilm beziehungsweise Hornhaut (n ≈ 1,376) werden die einfallenden Lichtstrahlen stark gebrochen. Bereits an dieser ersten Grenzfläche entsteht der größte Teil der Gesamtbrechkraft des Auges. Die Augenlinse übernimmt anschließend die Feinabstimmung und  ermöglicht durch Akkommodation das Scharfstellen auf unterschiedliche Entfernungen. Genau dieses optische Gleichgewicht verändert sich unter Wasser grundlegend. Mit einem Brechungsindex von etwa n = 1,333 besitzt Wasser nahezu denselben Brechungsindex wie die Hornhaut. Der sonst ausgeprägte Brechungsindexsprung fällt damit fast vollständig weg. Die Folge ist bemerkenswert: Die Hornhaut verändert weder ihre Form noch ihren eigenen Brechungsindex, sie verliert jedoch einen Großteil ihrer brechenden Wirkung. Die Hornhaut verändert sich unter Wasser nicht. Ihre optische Wirkung verändert sich.

Dieser scheinbar kleine Unterschied hat weitreichende Folgen für das gesamte optische System. Da die Hornhaut einen erheblichen Teil ihrer Brechkraft verliert, sinkt auch die Gesamtbrechkraft des Auges. Selbst eine maximale Akkommodation der Augenlinse kann diesen Verlust nicht ausgleichen. Der Brennpunkt verschiebt sich hinter die Netzhaut. Die Folge ist ein hyperoper Abbildungszustand und damit eine deutliche Unschärfe. Interessanterweise liefert dieselbe physikalische Ursache auch die Erklärung dafür, weshalb eine Tauchermaske sofort wieder scharfes Sehen ermöglicht.

Gerade dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll, warum die Augenoptik weit mehr ist als das Beherrschen einzelner Formeln. Eine scheinbar alltägliche Beobachtung führt unmittelbar zu grundlegenden Themen der geometrischen und physiologischen Optik: Brechungsindex, Hornhautbrechkraft, Gesamtbrechkraft des Auges, Akkommodation und Abbildungsfehler greifen hier unmittelbar ineinander.

Im Unterricht erlebe ich häufig, dass Lernende das Ergebnis kennen, die Ursache jedoch nicht vollständig erklären können. Genau hier entsteht aus meiner Sicht nachhaltiges Lernen. Wer versteht, weshalb der nahezu fehlende Brechungsindexunterschied die Brechwirkung der Hornhaut so deutlich reduziert, muss sich das Ergebnis nicht mehr merken, es ergibt sich logisch aus den optischen Gesetzmäßigkeiten. Vielleicht liegt genau darin die besondere Faszination unseres Berufs. Hinter einer alltäglichen Beobachtung verbirgt sich oft ein komplexes Zusammenspiel physikalischer und physiologischer Zusammenhänge. Wer diese erkennt, beantwortet nicht nur Prüfungsfragen sicher, sondern versteht das optische System des menschlichen Auges auf einer tieferen Ebene.

Genau solche Fragestellungen haben mich dazu bewogen, mein Lehrbuch „Optik & Sehhilfen – Von der Theorie zur Meisterprüfung“ zu schreiben. Viele Kapitel beginnen bewusst nicht mit einer Definition oder einer Formel, sondern mit einer Frage. Denn wer den Weg zur Lösung versteht, muss sich die Antwort später nicht mehr merken. Gute Augenoptik beginnt nicht mit einer Formel. Sie beginnt mit der Frage: Warum?