Calcit, Kalkspat, Sonnenstein - doppelbrechend

Eine hübsche optische Spielerei sind diese doppelbrechenden Kristalle. Sie sind bekannt unter dem Namen Calcit, Kalkspat, Doppelspat, Islandspat und Sonnenstein. Es handelt sich auf dem Foto um einen naturbelassenen Stein in der für das Material typischen Rautenform. Jedes Stück ist ein Unikat und die Maße und Strukturen können etwas variieren.

Betrachtet man einen Schriftzug durch den Kristall, so kann man diesen bei korrekter Ausrichtung doppelt sehen. Eines der Bilder bewegt sich und verschwindet schließlich, wenn man den Calcit dreht oder eine Polarisationsfolie darüber hält. Am besten probiert man alle Seiten einmal aus, um herauszufinden, wann der Effekt am stärksten auftritt. Das Drehen gibt einen wichtigen Hinweis darauf, was die Ursache für den Verdopplungseffekt sein könnte. Zunächst hat diese Eigenheit von Calcit mit der Lichtbrechung zu tun. Treten Lichtstrahlen von einem transparenten Medium in ein anderes über, dann ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts und der Lichtstrahl wird abgelenkt. Gut beobachten kann man das zum Beispiel im Wasser aber genauso an Linsen und Prismen (mehr dazu hier).

Bei der Doppelbrechung hängt diese Lichtbrechung zusätzlich von der Polarisationsrichtung des Lichts ab. Licht kann man sich als eine (elektromagnetische) Welle vorstellen, die in alle möglichen Richtungen schwingt. Unterschiedliche Schwingungsrichtungen wechselwirken jedoch ganz unterschiedlich mit bestimmten Materialien. Dies gilt insbesondere für die  Kristallstruktur von Calcit, die aus Kalzium, Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Daher werden die Lichtstrahlen verschiedenartig abgelenkt. Es kommt zu einer Aufspaltung des Lichtstrahles in zwei Lichtbündel. Wie die Wikinger den Sonnenstein zum Navigieren verwendet haben könnten, ist in dem Video zu sehen. Weiter Informationen finden Sie außerdem bei The Royal Society: The sixteenth century Alderney crystal: a calcite as an efficient reference optical compass?