Neben den zwei echten Leuchttürmen auf Lady Elliot Island nehmen Besucher nachts Lichtsignale eines scheinbar dritten Turms wahr. Tatsächlich stammt der Strahl vom Ufer hinter ihnen, während sein Ursprung weit draußen auf dem Meer zu liegen scheint. Psychologen haben diese optische Täuschung in Virtual Reality untersucht und eine Erklärung aus der Entfernungswahrnehmung geprüft. Dabei entscheidet eine konkrete räumliche Anordnung darüber, wann der vertraute Leuchtturm seinen Platz zu wechseln scheint.
Für eine 30 Meter hohe Lichtquelle berechnet ein Wahrnehmungsmodell einen verblüffenden Wechsel bei ungefähr 67 Metern Abstand zwischen Beobachter und Leuchtturm. Jenseits dieses Umschlagpunkts kann der über den Kopf ziehende Strahl so wirken, als werde er von vorne auf den Betrachter gerichtet. Die berechnete Schwelle hängt von den Annahmen des Modells ab; im Experiment lagen die gemessenen Umschlagpunkte je nach Verfahren höher.
Charles Kemp, Psychologe an der University of Melbourne, erlebte das Phänomen selbst bei einem Aufenthalt auf der australischen Insel. Zusammen mit Simon Cropper und Weilun Xu untersuchte er anschließend, welche Hinweise einen Lichtstrahl räumlich an die falsche Stelle rücken. Ihre Arbeit verbindet ein mathematisches Modell mit kontrollierten Versuchen und greift zugleich eine Beobachtung auf, die Urlauber ohne besondere Ausrüstung machen. Beim nächtlichen Blick über das Wasser scheint die vermeintliche Quelle mitunter sogar seitlich über das Meer zu wandern.
Am südlichen Ende des Great Barrier Reef steht auf der Insel ein weißer historischer Turm mit rotem Laternenaufsatz neben einem höheren Gitterturm. Der ältere Leuchtturm nahm 1873 seinen Dienst auf und gehört heute zum historischen Erbe des Ortes. Seit 1995 übernimmt die benachbarte Anlage die Aufgabe, Schiffe vor dem Riff zu warnen; das ursprüngliche Leuchtfeuer wurde stillgelegt. Die Dokumentation von Lighthouses of Australia nennt die wachsende Vegetation als Grund dafür, das aktive Licht höher anzuordnen.
Bereits der Reiseführerautor Jeremy Somerville beschreibt die Täuschung in seinem Inselhandbuch: Besucher halten die rotierenden Lichtstrahlen für Signale weiterer Leuchttürme jenseits des Horizonts. Nach seiner Beobachtung begünstigt eine dichte Wolkendecke den Eindruck, den auch das Personal auf Lady Elliot Island von Gästen kennt. Das bewusste Wissen um den Standort des echten Turms kann den unmittelbar erlebten Eindruck beim erneuten Blick aufs Meer bestehen lassen. Die Demonstrationen auf Charles Kemps Projektseite stellen deshalb Ansichten aus unterschiedlichen Entfernungen gegenüber, einschließlich einer Position unmittelbar an der Lichtquelle.
Die wissenschaftliche Diskussion begann mit Beobachtungen vor der französischen Küste, darunter Berichte aus der Umgebung von Belle-Île-en-Mer. Frühere Erklärungen verwiesen auf die Perspektive: Strahlen, die in verschiedene Richtungen laufen, können im Blickfeld scheinbar auf einen gemeinsamen fernen Punkt zulaufen. Als weiterer Einfluss wurde vorgeschlagen, dass besonders helle Strahlabschnitte am Horizont für den Ursprung des Lichts gehalten werden. Der Physiker Marcel Minnaert erwähnte außerdem, dass Menschen weit entfernte Teile der Szene zu nah einschätzen. An diesen Gedanken knüpft die australisch-schweizerische Untersuchung mit einer überprüfbaren Rechnung an.
Über einer dunklen Wasserfläche fehlen viele Tiefenhinweise, die am Tag durch Uferlinien, Oberflächenstrukturen oder erkennbare Gegenstände entstehen. Ein Lichtpunkt allein verrät seine Entfernung nur unzureichend, weil unterschiedliche räumliche Anordnungen einen ähnlichen Seheindruck erzeugen können. Auch bei Versuchen mit angstauslösenden Objekten verschiebt sich die geschätzte Zeit, bis ein herannahendes Objekt den Beobachter erreicht. Beim Inselphänomen prüfen Kemp und seine Kollegen speziell, welche Entfernungserwartungen bei einer weitgehend strukturlosen nächtlichen Szene zum Tragen kommen.
Für die zentrale Modellvariante verwendete das Team Laserscandaten des Southampton-York Natural Scenes-Datensatzes, die reale Abstände in verschiedenen Umgebungen erfassen. Zu den aufgenommenen Landschaften und Straßenzügen gehören Wälder, Feuchtgebiete, Einkaufsbereiche und Wohnviertel, deren Oberflächen unterschiedlich weit vom Beobachter entfernt sind. Aus diesen Messungen ergibt sich für verschiedene Blickrichtungen, welche Entfernungen in solchen Szenen häufig vorkommen und welche selten auftreten. Das Modell kombiniert diese räumlichen Erwartungen mit den verfügbaren visuellen Hinweisen, um die wahrgenommene Lage einzelner Strahlabschnitte zu berechnen.
Weit draußen liegende Abschnitte werden dabei näher verortet, wodurch auch die aus ihrer Bewegung erschlossene Geschwindigkeit anders ausfällt als bei korrekter Entfernung. Der ferne Teil des Strahls kann dadurch als langsamer erscheinen als der nahe Abschnitt, sodass sich dort scheinbar der Drehpunkt befindet. Einen verwandten Unterschied zwischen tatsächlicher und erlebter Bewegung machen gleich schnell rotierende Zahnräder mit verschiedenem Geschwindigkeitseindruck anschaulich. Beim Leuchtfeuer liefert diese Fehlzuordnung eine bestimmte räumliche Vorhersage: Mit wachsender Höhe der Lichtquelle muss sich der Beobachter weiter entfernen, bevor der Eindruck kippt.
Für den zentralen Versuch in Virtual Reality werteten die Wissenschaftler die Antworten von 30 Teilnehmern aus, die dafür Studienleistungspunkte erhielten. Eine Person war nach einer vorab festgelegten Regel wegen einer stark abweichenden Bearbeitungszeit aus der Auswertung ausgeschlossen worden. Hinter der Entwicklung der Versuchsumgebung stand auch Lisa Tran, die im Rahmen ihres Honours-Projekts am Aufbau und an der Durchführung mitarbeitete. Die Teilnehmer trugen eine Meta Quest 2 und sahen in einer dunklen virtuellen Umgebung einen schmalen weißen Zylinder als vereinfachten Lichtstrahl.
In einem Durchgang mussten sie entscheiden, ob dessen Quelle vor oder hinter ihnen lag, während die Software den Abstand schrittweise veränderte. Bei einem weiteren Verfahren stellten sie die Entfernung selbst ein, bis der vorbeiziehende Strahl waagerecht zu verlaufen schien. Die beiden Aufgaben sollten den Übergang zwischen den entgegengesetzten Raumeindrücken auf unterschiedliche Weise erfassen und verwendeten deshalb unterschiedliche Fragen. Die simulierte Lichtquelle blieb unsichtbar, auch wenn sich die Versuchsperson umdrehte; damit ließ sich die Antwort auf den Strahleindruck konzentrieren.
Bei den Richtungsurteilen lag der Median, der mittlere Wert der geordneten Schätzungen für den Wechsel des Eindrucks, bei 75 Metern. Das Verfahren mit Selbsteinstellung lieferte einen entsprechenden Wert von 112,5 Metern und lag damit außerhalb des vorab erwarteten Bereichs. Vor Beginn der Datenerhebung hatte das Team eine Spanne zwischen 50 und 100 Metern als Vorhersage festgehalten. Die Antworten sprechen damit für einen Übergangsbereich, dessen Lage auch davon abhängt, ob Menschen eine Richtung benennen oder eine Strahlbahn einstellen.
Zwischen den Teilnehmern streuten die Antworten erheblich, und die Autoren haben diese individuellen Unterschiede bisher nicht eigens modelliert. Auch die künstliche Darstellung setzte Grenzen: Der virtuelle Strahl wirkte fester und schärfer begrenzt als echtes Licht in der Atmosphäre. Ein reales Leuchtfeuer verbreitert seinen Strahl zudem kegelförmig, während die vereinfachte Darstellung einen gleichbleibenden Durchmesser verwendete. Die öffentlich bereitgestellten Daten und Materialien ermöglichen es, solche Entscheidungen nachzuvollziehen und für weitere Versuche die Strahlform oder zusätzliche Orientierungspunkte zu verändern.
Eine ergänzende Aufgabe untersuchte einen weiteren auffälligen Eindruck, bei dem ein nahezu horizontaler Lichtstrahl nach unten zum Boden zu weisen scheint. Damit die Versuchspersonen ihn als waagerecht einordneten, musste der simulierte Strahl im Test um etwa zehn Grad nach oben geneigt werden. Die Entfernungserklärung erfasst auch diese scheinbare Abwärtsneigung, weil sie die räumliche Lage der sichtbaren Strahlabschnitte unterschiedlich stark verändert. Ob die zugrunde liegenden Erwartungen aus persönlicher Erfahrung, evolutionären Anpassungen oder einer Kombination entstehen, lässt die Untersuchung ausdrücklich offen.
Für einen seitlich betrachteten Strahl sagte das Modell zusätzlich eine scheinbare Krümmung zum Beobachter voraus, doch die verwendeten Messverfahren lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Als nächsten Schritt schlagen die Autoren dafür einen Versuch mit einem echten, unbewegten horizontalen Lichtstrahl vor. Bleibt die vorhergesagte Krümmung unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen aus, wäre nach ihrer eigenen Einschätzung ihr Erklärungsmodell ernsthaft infrage gestellt.
Open Mind, A Bayesian Account of the Phantom Lighthouse Illusion; doi:10.1162/OPMI.a.390
Charles Kemp, The phantom lighthouse illusion.
Lighthouses of Australia, Lady Elliot Island Lighthouse.
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