На сколько километров видит человеческий глаз: Как далеко может видеть глаз человека?

Содержание

Как далеко может видеть глаз человека?

Создано 23.05.2012 14:10
Автор: Евгений

Поверхность Земли изгибается и пропадает из поля видимости на расстоянии 5 километров. Но острота нашего зрения позволяет видеть далеко за горизонт. Если бы Земля была плоской, или если б вы стояли на верху горы и смотрели на гораздо больший участок планеты, чем обычно, вы смогли бы увидеть яркие огни на расстоянии сотен километров. В темную ночь вам удалось бы даже увидеть пламя свечи, находящейся в 48 километрах от вас.

Насколько далеко может видеть человеческий глаз зависит от того, сколько частиц света, или фотонов, испускает удаленный объект. Самым далеким объектом, видимым невооруженным глазом, является Туманность Андромеды, расположенная на громадном расстоянии в 2,6 миллионов световых лет от Земли. Один триллион звезд этой галактики испускает в общей сложности достаточно света для того, чтоб несколько тысяч фотонов каждую секунду сталкивались с каждым квадратным сантиметром земной поверхности. В темную ночь этого количества достаточно для активизации сетчатки глаза.

В 1941 году специалист по вопросам зрения Селиг Гехт со своими коллегами из Колумбийского университета сделал то, что до сих пор считается надежным средством измерения абсолютного порога зрения – минимального количества фотонов, которые должны попасть в сетчатку, чтобы вызвать осознание визуального восприятия. Эксперимент устанавливал порог в идеальных условиях: глазам участников давали время, чтобы полностью привыкнуть к абсолютной темноте, сине-зеленая вспышка света, действующая как раздражитель, имела длину волны 510 нанометров (к которой глаза наиболее чувствительны), и свет был направлен на периферический край сетчатки, заполненный распознающими свет клетками палочками.

По данным ученых, для того, чтоб участники эксперимента смогли распознать такую вспышку света более чем в половине случаев, в глазные яблоки должно было попасть от 54 до 148 фотонов. На основании измерений ретинальной абсорбции ученые подсчитали, что в среднем 10 фотонов в действительности впитываются палочками сетчатки человека. Таким образом, абсорбция 5-14 фотонов или, соответственно, активация 5-14 палочек указывает мозгу, что вы что-то видите.

«Это действительно очень малое количество химических реакций», — отметили Гехт и его коллеги в статье об этом эксперименте.

Принимая во внимание абсолютный порог, яркость пламени свечи и расчетное расстояние, на котором светящийся объект тускнеет, ученые пришли к выводу, что человек может различить слабое мерцание пламени свечи на расстоянии 48 километров.

Но на каком расстоянии мы можем распознать, что объект представляет собой нечто большее, чем просто мерцание света? Чтобы объект казался пространственно протяженным, а не точечным, свет от него должен активировать не менее двух смежных колбочек сетчатки – клеток, отвечающих за цветное зрение. В идеальных условиях объект должен лежать под углом не менее 1 аркминута, или одна шестая градуса, чтобы возбудить смежные колбочки. Эта угловая мера остается одной и той же вне зависимости от того, близко или далеко находится объект (удаленный объект должен быть гораздо больше, чтобы находиться под тем же углом, что и ближний). Полная Луна лежит под углом 30 аркминут, тогда как Венера едва различима как протяженный объект под углом около 1 акрминуты.

Объекты величиной с человека различимы как протяженные на расстоянии лишь около 3 километров. В сравнении на таком расстоянии мы смогли бы четко различить две фары автомобиля.

Источник: Lifeslittlemysteries

Как далеко может видеть человек?

Человеческий глаз может видеть довольно далеко: называем конкретные цифры и разбираемся, что нужно сделать, чтобы с возрастом не утратить возможность разглядывать что-то вдалеке. 

Расстояния в цифрах

Учёные провели десятки исследований и выяснили, что при разных условиях человек мог бы видеть на очень разные расстояния. Например:

  • С учётом кривизны Земли можно видеть почти на 5 километров вперёд, если находиться на плоской поверхности примерно в 1,5 метрах от земли;
  • Без препятствий человек со здоровым, но средним зрением может видеть пламя свечи с расстояния 2,5 метров;
  • Если бы была возможность игнорировать кривизну Земли и смотреть на что-то сверху, человек распознавал бы объекты на расстоянии десятков и сотен километров. 

Как глаз обрабатывает изображения

Когда вы смотрите на что-либо, в глазу и мозге происходит быстрая и сложная последовательность действий:

  • Свет отражается от объекта и проходит через роговицу. Последняя преломляет световые лучи, позволяя им проникать в зрачок;
  • В то же время мышцы радужной оболочки контролируют размер зрачка, делая его меньше при ярком свете и больше в темноте;
  • Затем световые лучи проходят через хрусталик и фокусируются на сетчатке, светочувствительной части глаза;
  • Палочки и колбочки в сетчатке преобразуют световые лучи в электрические импульсы. Они проходят через зрительный нерв к мозгу, который преобразует сигналы в изображения.

Предположим, что все процессы, необходимые для четкого зрения, проходят нормально. В таком случае ограничения видимости сводятся к:

  • углу обзора;
  • освещению;
  • размеру объекта.

Также острота зрения влияет на то, насколько далеко вы видите. Ей посвящена отдельная статья.

Что нужно сделать, чтобы хорошо видеть вдаль

Ответ предсказуемый: в первую очередь нужно заботиться о здоровье своих глаз. С возрастом зрение неизбежно изменится: например, после 40 лет развивается пресбиопия, из-за которой не получается читать мелкий шрифт. Чтобы хорошо видеть вдаль, попробуйте:

  • Делать зарядку для глаз. Она тренирует глазные мышцы, помогает глазам расслабиться и защищает от перенапряжения. Именно последнее играет важную роль в развитии близорукости — дефекта зрения, при котором зрение вдаль размывается;
  • В целом заниматься спортом. Учёные доказали, что физическая активность защищает глаза от катаракты и диабетической ретинопатии: оба заболевания влияют на то, как проходит зрительный процесс;
  • Соблюдать режим дня и высыпаться. Недосып плохо влияет на зрение: исследователи выяснили, что он увеличивает риск развития глаукомы. Последняя поражает зрительный нерв и приводит к слепоте на поздних стадиях;
  • Регулярно проверяться у офтальмолога. Здоровому человеку нужно проходить проверку зрения 1 раз в 2 года. Не пропускайте эти визиты: так вы сможете заметить проблемы со зрением на ранних стадиях. 

Задумайтесь о зрении прямо сейчас: пройдите простой тест на наличие близорукости. Его результаты не являются окончательными, но они подскажут, нужно ли вам обратиться к врачу.

Интересные факты о зрении — рассказывают специалисты клиники «Эксимер»

Как люди и животные воспринимают цвет?

  • Кошкам не доступен красный цвет и мир вокруг себя они видят совсем не ярким, зато различают целых 25 оттенков серого цвета. Ведь во время охоты на мышей им очень важно точно определить их окраску.
  • Собаки совсем не различают красный, оранжевый и желтый цвет, зато отчетливо видят синий и фиолетовый.
  • Самый редкий цвет глаз у людей — зеленый. Им могут похвастаться только 2% населения нашей планеты.
  • Человек рождается с условно светло-серыми глазами, а их «истинный» цвет появляется к 2-3 годам.
  • Благодаря огромному количеству светочувствительных клеток — более 130 миллионов — глаз человека способен воспринимать около 5 миллионов цветовых оттенков.
  • Пчела не видит красный цвет и путает его с зеленым, серым и даже черным. Отчетливо она различает только желтый, сине-зеленый, синий, пурпурный, фиолетовый. Зато очень хорошо воспринимает ультрафиолетовое излучение. Среди бледных, белых лепестков может разглядеть яркие сине-фиолетовые узоры, указывающие, где искать нектар.
  • Цвет глаз зависит от пигмента радужной оболочки, который называется «меланин». Большое количество пигмента определяет формирование темного цвета радужной оболочки глаза (черные, карие, светло-карие), а меньшее количество — светлые (серые, зеленые, голубые).
  • В отличие от большинства животных, у человека три базовых воспринимаемых цвета — красный, синий и зеленый, смешивая которые, получаются все цвета, видимые глазом.
  • Красный цвет глаз встречается только у альбиносов. Он связан с полным отсутствием в радужной оболочке меланина, поэтому определяется кровью в сосудах радужной оболочки.
  • Вопреки распространенному представлению, коровы и быки не различают красного цвета. Многие уверены, что во врем корриды быка раздражает плащ торреодора, но как оказывается это не так. Быка провоцирует не цвет, так как он не видит красного, а сам факт движения. Поскольку быки еще и близоруки, то мелькание тряпки понимается ими, как вызов и агрессия со стороны противника.
  • У 1% людей на Земле цвет радужки левого и правого глаза неодинаков.
  • Принято считать, что дальтонизм — сугубо мужская «участь». В той или иной мере им страдают порядка 8% мужчин и всего лишь 1% женщин.
  • Жители Прибалтики, северной Польши, Финляндии и Швеции считаются самыми светлоглазыми европейцами. А наиболее количество людей с темными глазами живет в Турции и Португалии.

Далеко гляжу!

  • Собаки хорошо видят на расстоянии, не ближе 35-50 см. А более близкие объекты выглядят для них расплывчатыми и бесформенными. Острота зрения у собаки составляет примерно одну треть от человеческой. Зато их глаза утроены таким образом, что они с легкостью могут определить дистанцию до объекта.
  • Стрекоза — самый зоркий представитель насекомых. Она может различать предметы размером с маленькую бусинку на расстоянии в 1м. Глаз стрекозы состоит из 30 000 отдельных глазков, такие глаза называются «фасеточными». Каждый из них выхватывает из окружающего пространства одну точку, а уже в ее мозгу все складывается в единую мозайку. Сложно представить, но глаз стрекозы воспринимает до 300 изображений в секунду. В тех случаях, когда человек увидит промелькнувшую тень, стрекоза будет отчетливо видеть движущийся предмет.
  • Если принять остроту зрения орла за 100%, то обычное зрение человека составляет всего 52% от орлиного зрения.
  • Сокол способен разглядеть цель величиной в 10 см., с высоты 1,5 км.
  • Гриф различает мелких грызунов с расстояния до 5 километров.
  • Лягушки видят только движущиеся предметы. Чтобы рассмотреть неподвижный предмет, ей самой необходимо начать двигаться. У лягушки почти 95% зрительной информации поступает сразу же в рефлекторный отдел, то есть видя движущийся предмет, лягушка реагирует на него молниеносно, как на потенциальную пищу.
  • У человека угол обзора составляет 160 до 210°.
  • У козлов и зубров зрачки — горизонтальные и прямоугольные. Такие зрачки расширяют им поле обзора до 240°.Они видят почти все вокруг, в буквальном смысле этого слова.
  • Глаза лошади расположены так, что ее обзор составляет 350°. Острота зрения у них почти такая же, как и у человека.
  • У кошки угол обзора — 185°, а у собаки — всего лишь 30-40°.

Кто лучше всех видит в темноте?

  • Самая известная птица с хорошим ночным зрением — сова.
  • Кошки видят в темноте в 6 раз лучше, чем люди. В темное время суток их зрачки заметно расширяются, достигая 14-миллиметрового> диаметра, а вот в яркий солнечный день — сужаются, превращаясь в тоненькие щелки. Это происходит потому, что обилие света может повредить чувствительные клетки сетчатки, а имея такие узкие зрачки, кошачьи глаза хорошо защищены от ярких солнечных лучей. Для сравнения, у человека максимальный диаметр зрачка не превышает 8 миллиметров.
  • Совы бодрствуют по ночам и в темное время суток видят гораздо лучше, чем днем. В безлунную ночь они с легкостью могут разглядеть пробирающуюся в траве мышь, скрывающуюся среди листвы птичку или забравшуюся на мохнатую ель белку. Днем совы видят плохо и дожидаются сумерек в укромном уголке.
  • Лошади обладают хорошим панорамным зрением, развитой способностью видеть в темноте и оценивать расстояние до предметов. Единственное, в чем зрение лошадей уступает человеческому — это восприятие цвета.

Глаза и их особенности

  • Движения глаз хамелеона совершенно независимо друг от друга: один может смотреть вперед, другой — в бок.
  • Некоторые виды скорпионов имеют до 12 глаз, а многие пауки — по восемь. Знаменитая новозеландская ящерица туатара, которую считают современницей динозавров, так и называется — «трехглазая». Третий глаз ее находится во лбу!
  • Диаметр глазного яблока взрослого человека составляет около 24 миллиметров. Он одинаков у всех людей, различается лишь в долях миллиметра (без наличия глазных патологий).
  • У коз, овец, мангустов и осьминогов прямоугольные зрачки.
  • У страуса глаза по объему больше, чем его мозг.
  • У пауков-скакунов восемь глаз — два больших и шесть маленьких.
  • Глазные яблоки совы занимают практически всю черепную коробку и из-за больших размеров они не могут вращаться в орбитах. Но этот недостаток искупает исключительная подвижность шейных позвонков — сова может поворачивать голову на 180°.
  • У морских звезд по одному глазу на конце каждого луча и по всей поверхности тела разбросаны отдельные светочувствительные клетки, однако эти обитатели морей способны лишь различать светлое и темное.
  • Глаз крупных китов весит около 1 кг.
  • Рисунок радужки глаза у человека — индивидуален. По нему можно идентифицировать личность.
  • Глаза креветки-богомола — сложная система. Одновременно они видят в оптическом, инфракрасном, ультрафиолетовом, а также в поляризационном свете. Чтобы человеку увидеть во всех этих диапазонах, нужно носить с собой около 100 кг. разной электронной аппаратуры.
  • Среди обитателей морей самые совершенные глаза у головоногих моллюсков — осьминогов, кальмаров, каракатиц.

Знаете ли Вы что…

  • Человек в среднем моргает каждые 10 секунд, время моргания 1-3 секунд. Можно подсчитать, что за 12 часов человек моргает 25 минут.
  • Женщины моргают примерно в два раза чаще, чем мужчины.
  • У человека 150 ресниц на верхнем и нижнем веке.
  • В среднем женщины плачут 47 раз в год, а мужчины — 7.
  • Чихнуть с открытыми глазами невозможно.
  • При работе за компьютером в течение дня глаза фокусируются с экрана на бумагу порядка двадцати тысяч раз.
  • Крокодилы, поедая мясо, плачут. Таким образом, через специальные железы возле глаз, они выводят избыток солей из организма. Этот факт был экспериментально подтвержден американскими учеными.
  • Глаза привыкают к темноте за 60-80 минут. Побыв в темноте порядка минуты, чувствительность к свету возрастает в 10 раз, а уже через 20 минут — в 6 тысяч раз. Именно поэтому, выйдя на свет, после нахождения в темном помещении, мы всегда чувствуем сильный дискомфорт.

Оценка статьи: 4.5/5 (160 оценок)

Оцените статью

Запись оценки…

Спасибо за оценку

Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени)

Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.

Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.

Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.

Начнём с общей структуры зрительной системы

  1. Сетчатка
  2. Зрительный нерв.
  3. Таламус(ЛКТ).
  4. Зрительная кора.

Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).
Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.

  • Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
  • Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.

Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.

Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.
Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.

Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.

Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.

Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)

Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.
Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)

Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ!

Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.

Вернёмся снова к центральной ямке fovea.

Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).

Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.

Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».

Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.

На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.

Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.

Итак, промежуточный вывод:

  • каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
  • колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
  • несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.

Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).

Да, всего один миллион!

Но как же так?!

В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно субъективно круче!

Сейчас и до этого доберёмся)

Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)

Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг почти постоянно почти чётким:

1.Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.

Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.

Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.

Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.

2.Ретинальная проекция

Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.

Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение.

А как же она знает, куда смещать?

Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза.
А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико….:)

Зрительный нерв

С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп

(от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло)

, дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в

оптической хиазме

— это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.

Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса — это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.

В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.

Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.

И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:

  • слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
  • определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
  • определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т.д.,
  • обработка движения,
  • покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
  • ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
  • ещё уйма «фотошопа»,
  • и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.

Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!

В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.

Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная 🙂

Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!

Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.
При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями(первая ссылка в списке).


Здесь я сделаю небольшое отступление и дам краткое пояснение, почему же свет, проходя через роговицу, хрусталик, стекловидное тело и все слои нейронов сетчатки не искажается так сильно, как мы предполагаем. Если сравнивать чистоту и степень аберраций, то нашему глазу далеко до хорошей оптики в современной фото-видео технике.
Всё дело в рецептивных полях — РП (имеются ввиду поля в сетчатке, ЛКТ и отделе коры V1). Одна из задач РП — увеличение микро-контраста изображения. Сетчатка получает слегка размытую картинку, а после этого в процессе нескольких этапов повышения контраста мы видим вполне детализированное изображение. Сама суть увеличения контраста состоит в сужении градиентов, как на примере ниже:



Завершая эту, надеюсь, краткую и понятную статью, хочу напомнить — мы все имеем картинку в ~1 Мп… живите с этим 🙂

Литература:
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:

https://www.cell.com/fulltext/S0960-9822(08)01433-4
https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2161180
https://en.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell

UPD: поступило заметное количество комментариев/вопросов про цветоощущение. Если эта тема интересна — напишите тег #цветоощущение — займусь созданием статьи.
UPD:UPD: Статья про цвет

Каковы пределы человеческого зрения? | Мир | ИноСМИ

Корреспондент BBC Future рассказывает об удивительных свойствах нашего зрения — от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.

Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь — что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы — все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам — световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.

В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.

У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.

Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. «У любых видимых нами объектов есть определенный „порог“, ниже которого мы перестаем их различать», — говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.

Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.

Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении — например, ночью (ночное зрение).

Содержащиеся в светочувствительных клетках рецепторы — опсины — поглощают электромагнитную энергию фотонов и производят электрические импульсы. Эти сигналы по оптическому нерву попадают в мозг, который и создает цветную картину происходящего вокруг нас.

В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.

Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).

Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. «Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины», — говорит Лэнди.

Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) — это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры — длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.

По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем — спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.

Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией — отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) — способны видеть ультрафиолетовые волны.

В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.

В исследовании 2014 отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).

Сколько цветов мы видим?

В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.

«Точно подсчитать, сколько мы видим цветов, не представляется возможным, — говорит Кимберли Джемесон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвайне. — Некоторые видят больше, некоторые — меньше».

Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов — людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин. В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 миллионов цветов (У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек — они различают не более 10 000 цветов).

Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?

Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.

В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.

Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х, одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. — В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».

В 1941 исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент — испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.

Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.

Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.

Самый маленький и самый удаленный видимые объекты

Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.

«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. — Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».

В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.

Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.

Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.

С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.

Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике — Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление — это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)

Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.

Предел остроты зрения

Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном).

Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.

Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов — таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.

В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).

Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. «По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз», — говорит Лэнди.

На этом принципе основаны таблицы, используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.

Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.

Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.

Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров — весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Ученые наконец-то определили, с какого расстояния можно увидеть пламя свечи

НаукаНаука: Клуб любознательных

Владимир ЛАГОВСКИЙ

3 августа 2015 18:00

Расстояние с точностью до метра вычислили астрономы. Оно оказалось гораздо меньше, чем это принято считать

Одни указывают, что пламя можно разглядеть с расстояния в 5 километров, другие — что с 10 километров, а некоторые — что и с 50Фото: Иван ВИСЛОВ

Американские астрономы — профессора Кевин Крисианас и Дон Карона из Университета в Техасе (Astronomers Professor Kevin Krisciunas and Don Carona from Texas A&M University) убеждены: все многочисленные источники, повествующие о потрясающей чувствительности человеческого глаза, вводят читателей в заблуждение. Одни указывают, что пламя можно разглядеть с расстояния в 5 километров, другие — что с 10 километров, а некоторые — что и с 50.

Где тут правда? Нигде. Потому что на самом деле невооруженным глазом пламя свечи заметно с расстояния 2576 метров. Естественно, ночью в ясную погоду. Стоит отойти хотя бы на метр дальше, и огонек станет неразличимым.

Свечку, стоящую на поверхности Земли в 5 километрах от наблюдателя, не разглядеть даже в бинокль.

Столь точные данные астрономы получили отнюдь не экспериментально, а теоретически. Определили, что звезда Вега и свеча, горящая в 392 метрах от наблюдателя, выглядят для него одинаково ярко. Далее путем несложных расчетов, ученые вычислили, звезда какой величины еще будет различима и на сколько необходимо отодвинуть свечку, чтобы эти объекты казались одинаково тусклыми. Так и получились те самые 2576 метров.

А если вооружиться биноклем, то свечку, расположенную дальше, чем в 5 километрах, все равно не разглядеть — она будет находиться за линией горизонта из-за естественной кривизны Земли.

сравнили свет оот вечи со свеом звезд. На рисунке — так называемый летний треугольник — самые ярки звезды лета — Вега, Альтаир и Денеб.

КСТАТИ

Сколько-сколько оттенков серого?

50 оттенков серого (Fifty Shades of Grey) — так называется нашумевший эротический роман. На самом же деле человеческий глаз различает лишь 30 оттенков серого — то есть цветов, располагающихся между черным и белым. А вот наше цветное зрение куда более затейливо. Человеческий глаз различает примерно 10 миллионов различных цветов. Образно говоря столько цветных карандашей должно лежать в наших коробках для рисования.

Чем зрение животных отличается от человеческого?

Зрение позволяет нам ориентироваться в окружающем мире, наслаждаться его красотой. Животным зрение, прежде всего, помогает найти пищу и защититься от нападения.

Казалось бы, у собак, кошек и людей по 2 глаза, значит, их зрение ни в чем не отличается, но это не так. У кошек и собак поле зрения шире, потому что глаза расположены как бы по бокам головы. Человеческие глаза охватывают угол в 150 градусов, а собачьи или кошачьи в 250. Кроме того, кошки и собаки видят в темноте намного лучше, чем человек. Причина тому, специальное устройство глаз: в темноте зрачок максимально расширяется, чтобы пропустить, как можно больше света. Плюс к этому, у животных под сетчаткой находится специальный слой, который отражает и усиливает световой поток, по этой причине мы можем наблюдать светящиеся глаза в темноте.

Одно из самых популярных утверждений, что кошки и собаки видят мир в черно-белых тонах. Однако на деле это не совсем так. Исследование зрения собак показало, что они хорошо различают красный и синий цвет, но путают зеленый и красный. Этот факт доказывает, цветное зрение у них есть, но не так хорошо развито, как у человека. У собак в сетчатке содержится примерно 20% от всех фоторецепторов, а у человека центральная область сетчатки глаза покрыта ими на 100%, это, примерно, 127 миллионов фоторецепторов. Для сравнения, гигантский кальмар является обладателем 1 миллиарда фоторецепторов, но и глаза у него при этом не маленькие, их диаметр достигает 25 сантиметров. У осьминога глаза снабжены 20 миллиардами фоторецепторов, а зрачок имеет причудливую квадратную форму.

По количеству глаз животные также бьют рекорды. Морской гребешок является обладателем около ста глаз. Четырехглазая аквариумная рыбка использует свои глаза для разных целей: два для того, чтобы видеть на суше, а другие два – для зрения под водой. Некоторые разновидности скорпионов имеют 12 глаз, а пауки — 8.

Глаза животных приспособлены к условиям их обитания. Например, у пингвинов плоская роговица, поэтому они видят в воде без каких-либо искажений. Глаза верблюдов не пропускают никаких соринок: ресницы автоматически сплетаются и полностью защищают око, что просто необходимо, ведь в пустыне бывают пыльные бури, а кости по краям глазниц защищают от палящего солнца.

По остроте зрения человек также проигрывает представителям животного мира. Соколиный глаз обладает способностью рассмотреть жертву с расстояния 1,5 километров, даже если ее размер не превышает 10 сантиметров. Даже острота зрения обезьян, приблизительно, в три раза выше, чем у человека. Но людям такое сверхзрение, просто, ни к чему, мы ведь не хищники.

Человек всегда мечтал обладать суперзрением, что отражено в сказках и фантастической литературе. Однако природа распорядилась иначе и наделила нас только теми способностями, которые нам необходимы для комфортной повседневной жизни. Берегите и заботьтесь о своем 100% зрении!

Как далеко могут видеть люди?

Вы когда-нибудь задумывались, как далеко может видеть человеческий глаз? Бинокли и телескопы помогают нам видеть более четко, но как насчет невооруженного глаза? Вы можете быть удивлены, узнав, насколько далеко могут видеть наши удивительно сложные глаза.

Во-первых, быстрый урок в поле зрения

Когда мы видим объект, мы действительно видим свет, отраженный от объекта и светящийся в наши глаза (особенно сетчатку). Мы можем видеть только кофейную кружку на столе, потому что лампа в углу зажигает ее для нас.

Свет лампы отражается от кружки и попадает в наши глаза, «показывая» нам кружку. Это верно для всего, что мы видим, от пыли на полке до машин на улице.

Увидеть близлежащие объекты

Начнем с малого. Вот относительно близкие объекты, которые могут видеть люди:

1/2 мили : Здание Бурдж-Халифа в Дубае находится в полумиле вверх. Стоя рядом с основанием, легко видно верх.

1 миля : основание Гранд-Каньона находится на глубине более 1 мили вниз.Если бы вы стояли на отвесном краю, внизу можно было бы увидеть отдыхающих.

3 мили : край Земли (как он изгибается) находится примерно в 3 милях от точки обзора до края. Вы когда-нибудь смотрели на океан? Самая дальняя точка, которую вы можете увидеть, находится примерно в 3 милях от вас.

6 миль : средний пассажирский самолет 747 летит на высоте около 6,6 миль.

50 миль : в ясные дни городские здания видны с расстояния 50 миль (если вы стоите на земле).

Видеть очень далекие объекты

Готовы увидеть немного дальше? Все, что вам нужно сделать, это посмотреть:

22 000 миль : Спутники связи, вращающиеся вокруг Земли, находятся на высоте около 22 000 миль. Ясной темной ночью эти спутники можно увидеть как движущиеся блики света.

239 000 миль : Луна находится на расстоянии почти 239 000 миль, но она достаточно велика (и отражает достаточно солнечного света), чтобы мы могли видеть детали на ее поверхности.

93 миллиона миль : Орбита Земли находится в 93 миллионах миль от Солнца.

746 миллионов миль : Сатурн — самая далекая планета, которую мы можем увидеть невооруженным глазом. Достаточно прищуриться, и можно даже разглядеть его кольца.

Самое дальнее, что мы можем видеть

2,5 миллиона световых лет : Галактика Андромеды — это вращающееся скопление из 1 триллиона звезд. Это самый дальний объект, который люди могут увидеть невооруженным глазом, благодаря огромному количеству света, исходящего от его горящих звезд.

С сегодняшними технологиями, чтобы потребовалось 94.5 миллиардов земных лет, чтобы люди смогли добраться до его края. Это очень далеко для самого дальнего объекта, который мы можем заметить.

Бесконечная видимость

В действительности люди обладают бесконечной видимостью — это просто зависит от размера и яркости объекта. Технически мы могли бы видеть далеко за пределами Галактики Андромеды, если бы существовал другой более крупный и яркий источник света.

Но съесть морковь все равно не помешает.

Оптика

— Как далеко может видеть человеческий глаз? Любое конечное расстояние или бесконечное? Оптика

— Как далеко может видеть человеческий глаз? Какое-то конечное расстояние или бесконечное? — Обмен физическими стеками
Сеть обмена стеками

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться
Этот сайт в настоящее время находится в режиме только для чтения; мы скоро вернемся с полной функциональностью.Подпишитесь на @StackStatus или посетите наш статусный блог для получения дополнительной информации.

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков. Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 8к раз

$ \ begingroup $

Как далеко может видеть невооруженный глаз, если ему ничто не мешает? (прямо по идеально ровной местности).Есть ли точка остановки или она бесконечна, когда вы смотрите в небо? Есть ли ситуация, в которой человеческий глаз может видеть бесконечность?

Какие факторы определяют, насколько далеко мы можем видеть? Плотность потока фотонов и …?

Будет интересно обсудить и физические, и биологические точки зрения.

Qmechanic ♦

154k2828 золотых знаков373373 серебряных знака18321832 бронзовых знака

Создан 18 сен.

Али АббасинасабАли Аббасинасаб

1,68933 золотых знака1414 серебряных знаков2121 бронзовый знак

$ \ endgroup $ 4 $ \ begingroup $
  1. из-за кривизны земли вы можете видеть только плоскую землю на расстоянии около 5 км плюс-минус несколько сотен метров.

  2. от небесного объекта, вы ограничены потоком фотонов, излучаемым или отраженным этим объектом (50-150 фотонов за период 1 мс, и все они приземляются в пределах 10 угловых минут на вашем глазу)

  3. длина волны этих фотонов влияет на вашу чувствительность (зеленые фотоны лучше всего)

  4. время, в течение которого ваши глаза находились в темноте (чувствительность глаз увеличивается в 100 раз к 5-й минуте в темноте и в 1000 раз к 15-й минуте)

кроме 1., всю вышеуказанную информацию можно найти в этой известной статье: http://arapaho.nsuok.edu/~salmonto/vs2_lectures/Lecture6.pdf

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.