ขอบฟ้าที่มองเห็นได้และระยะของมัน สายตามนุษย์มองเห็นได้ไกลแค่ไหน? ระยะห่างที่ตาสามารถมองเห็นได้

พื้นผิวโลกโค้งและหายไปจากการมองเห็นในระยะทาง 5 กิโลเมตร แต่การมองเห็นของเราทำให้เรามองเห็นได้ไกลเกินขอบฟ้า หากโลกแบนหรือหากคุณยืนอยู่บนยอดเขาและมองไปยังพื้นที่ที่ใหญ่กว่าปกติของโลก คุณจะสามารถเห็นแสงสว่างที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยกิโลเมตร ในคืนที่มืดมิด คุณสามารถเห็นเปลวไฟเทียนที่อยู่ห่างจากคุณ 48 กิโลเมตร

ดวงตาของมนุษย์มองเห็นได้ไกลแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคของแสงหรือโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่อยู่ห่างไกล วัตถุที่อยู่ไกลที่สุดที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าคือแอนโดรเมดาเนบิวลา ซึ่งอยู่ห่างจากโลกออกไป 2.6 ล้านปีแสง ดาวฤกษ์จำนวนหนึ่งล้านล้านดวงในกาแลคซีแห่งนี้เปล่งแสงออกมามากพอที่จะทำให้โฟตอนหลายพันดวงพุ่งชนพื้นผิวโลกทุกๆ ตารางเซนติเมตรทุกๆ วินาที ในคืนที่มืดมิด ปริมาณนี้เพียงพอที่จะกระตุ้นเรตินาได้

ในปีพ.ศ. 2484 Selig Hecht นักวิทยาศาสตร์ด้านการมองเห็นและเพื่อนร่วมงานของเขาที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ได้สร้างสิ่งที่ยังถือว่าเป็นการวัดเกณฑ์การมองเห็นสัมบูรณ์ที่เชื่อถือได้ นั่นคือจำนวนโฟตอนขั้นต่ำที่ต้องกระทบกับเรตินาเพื่อสร้างการรับรู้ทางการมองเห็น การทดลองกำหนดเกณฑ์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม: ดวงตาของผู้เข้าร่วมจะได้รับเวลาในการปรับให้เข้ากับความมืดสนิท แสงวาบสีฟ้าเขียวที่ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นมีความยาวคลื่น 510 นาโนเมตร (ซึ่งดวงตาไวต่อแสงมากที่สุด) และแสงส่องไปที่ขอบด้านนอกของเรตินา ซึ่งเต็มไปด้วยเซลล์แท่งรับแสง

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าเพื่อให้ผู้เข้าร่วมการทดลองสามารถจดจำแสงแฟลชดังกล่าวได้มากกว่าครึ่งหนึ่งของกรณี โฟตอนจาก 54 ถึง 148 โฟตอนจะต้องกระทบกับลูกตา จากการวัดการดูดซึมของจอประสาทตา นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าจริงๆ แล้วโฟตอน 10 โฟตอนถูกดูดซับโดยแท่งของเรตินาของมนุษย์ ดังนั้นการดูดกลืนโฟตอน 5-14 โฟตอนหรือการกระตุ้นของแท่ง 5-14 ตามลำดับบ่งบอกถึงสมองว่าคุณกำลังมองเห็นบางสิ่งบางอย่าง

“นี่เป็นปฏิกิริยาเคมีจำนวนน้อยมากจริงๆ” Hecht และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งข้อสังเกตในบทความเกี่ยวกับการทดลองนี้

เมื่อคำนึงถึงเกณฑ์สัมบูรณ์ ความสว่างของเปลวเทียน และระยะทางโดยประมาณที่วัตถุเรืองแสงจะหรี่ลง นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าบุคคลหนึ่งสามารถแยกแยะการกะพริบจางๆ ของเปลวเทียนได้ในระยะทาง 48 กิโลเมตร

แต่เราสามารถรู้ได้ว่าวัตถุนั้นเป็นมากกว่าแสงวูบวาบที่ระยะทางเท่าใด เพื่อให้วัตถุปรากฏขยายออกไปในเชิงพื้นที่และไม่มีลักษณะเป็นจุด แสงจากวัตถุนั้นจะต้องกระตุ้นกรวยเรตินาที่อยู่ติดกันอย่างน้อยสองอัน ซึ่งเป็นเซลล์ที่รับผิดชอบในการมองเห็นสี ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม วัตถุควรวางอยู่ในมุมอย่างน้อย 1 อาร์คนาที หรือหนึ่งในหกขององศา เพื่อกระตุ้นกรวยที่อยู่ติดกัน การวัดเชิงมุมนี้ยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าวัตถุจะอยู่ใกล้หรือไกล (วัตถุที่อยู่ไกลจะต้องมีขนาดใหญ่กว่ามากจึงจะอยู่ในมุมเดียวกันกับวัตถุใกล้) พระจันทร์เต็มดวงอยู่ที่มุม 30 อาร์คนาที ในขณะที่ดาวศุกร์แทบจะมองไม่เห็นเป็นวัตถุขยายที่มุมประมาณ 1 อาร์คนาที

วัตถุขนาดเท่าคนสามารถแยกแยะออกได้ในระยะทางเพียงประมาณ 3 กิโลเมตร เมื่อเปรียบเทียบกันที่ระยะนี้ เราสามารถแยกแยะทั้งสองได้อย่างชัดเจน

พื้นผิวโลกโค้งและหายไปจากการมองเห็นในระยะทาง 5 กิโลเมตร แต่การมองเห็นของเราทำให้เรามองเห็นได้ไกลเกินขอบฟ้า ถ้ามันแบนหรือถ้าคุณยืนอยู่บนยอดเขาและมองไปยังพื้นที่ที่ใหญ่กว่าปกติของโลก คุณก็จะสามารถเห็นแสงสว่างที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยกิโลเมตร ในคืนที่มืดมิด คุณสามารถมองเห็นเปลวเทียนที่อยู่ห่างจากคุณ 48 กิโลเมตร

ดวงตาของมนุษย์มองเห็นได้ไกลแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนอนุภาคของแสงหรือโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่อยู่ห่างไกล วัตถุที่อยู่ไกลที่สุดที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าคือแอนโดรเมดาเนบิวลา ซึ่งอยู่ห่างจากโลกออกไป 2.6 ล้านปีแสง ดาวฤกษ์จำนวนหนึ่งล้านล้านดวงในกาแลคซีแห่งนี้เปล่งแสงออกมามากพอที่จะทำให้โฟตอนหลายพันดวงพุ่งชนพื้นผิวโลกทุกๆ ตารางเซนติเมตรทุกๆ วินาที ในคืนที่มืดมิด ปริมาณนี้เพียงพอที่จะกระตุ้นเรตินาได้

ในปีพ.ศ. 2484 Selig Hecht นักวิทยาศาสตร์ด้านการมองเห็นและเพื่อนร่วมงานของเขาที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ได้สร้างสิ่งที่ยังถือว่าเป็นการวัดเกณฑ์การมองเห็นสัมบูรณ์ที่เชื่อถือได้ นั่นคือจำนวนโฟตอนขั้นต่ำที่ต้องกระทบกับเรตินาเพื่อสร้างการรับรู้ทางการมองเห็น การทดลองกำหนดเกณฑ์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม: ดวงตาของผู้เข้าร่วมจะได้รับเวลาในการปรับให้เข้ากับความมืดสนิท แสงวาบสีฟ้าเขียวที่ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นมีความยาวคลื่น 510 นาโนเมตร (ซึ่งดวงตาไวต่อแสงมากที่สุด) และแสงส่องไปที่ขอบด้านนอกของเรตินา ซึ่งเต็มไปด้วยเซลล์แท่งรับแสง

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าเพื่อให้ผู้เข้าร่วมการทดลองสามารถจดจำแสงแฟลชดังกล่าวได้มากกว่าครึ่งหนึ่งของกรณี โฟตอนจาก 54 ถึง 148 โฟตอนจะต้องกระทบกับลูกตา จากการวัดการดูดซึมของจอประสาทตา นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าจริงๆ แล้วโฟตอน 10 โฟตอนถูกดูดซับโดยแท่งของเรตินาของมนุษย์ ดังนั้นการดูดกลืนโฟตอน 5-14 โฟตอนหรือการกระตุ้นของแท่ง 5-14 ตามลำดับบ่งบอกถึงสมองว่าคุณกำลังมองเห็นบางสิ่งบางอย่าง

“นี่เป็นปฏิกิริยาเคมีจำนวนน้อยมากจริงๆ” Hecht และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งข้อสังเกตในบทความเกี่ยวกับการทดลองนี้

เมื่อคำนึงถึงเกณฑ์สัมบูรณ์ ความสว่างของเปลวเทียน และระยะทางโดยประมาณที่วัตถุเรืองแสงจะหรี่ลง นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าบุคคลหนึ่งสามารถแยกแยะการกะพริบจางๆ ของเปลวเทียนได้ในระยะทาง 48 กิโลเมตร

แต่เราสามารถรู้ได้ว่าวัตถุนั้นเป็นมากกว่าแสงวูบวาบที่ระยะทางเท่าใด เพื่อให้วัตถุปรากฏขยายออกไปในเชิงพื้นที่และไม่มีลักษณะเป็นจุด แสงจากวัตถุนั้นจะต้องกระตุ้นกรวยเรตินาที่อยู่ติดกันอย่างน้อยสองอัน ซึ่งเป็นเซลล์ที่รับผิดชอบในการมองเห็นสี ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม วัตถุควรวางอยู่ในมุมอย่างน้อย 1 อาร์คนาที หรือหนึ่งในหกขององศา เพื่อกระตุ้นกรวยที่อยู่ติดกัน การวัดเชิงมุมนี้ยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าวัตถุจะอยู่ใกล้หรือไกล (วัตถุที่อยู่ไกลจะต้องมีขนาดใหญ่กว่ามากจึงจะอยู่ในมุมเดียวกันกับวัตถุใกล้) การโกหกโดยสมบูรณ์ที่มุม 30 อาร์คนาที ในขณะที่ดาวศุกร์แทบจะมองไม่เห็นเป็นวัตถุขยายที่มุมประมาณ 1 อาร์คนาที

วัตถุขนาดเท่าคนสามารถแยกแยะออกได้ในระยะทางเพียงประมาณ 3 กิโลเมตร เมื่อเปรียบเทียบกัน ที่ระยะนี้ เราสามารถแยกแยะไฟหน้ารถสองดวงได้อย่างชัดเจน

วัตถุแต่ละชิ้นมีความสูง H ที่แน่นอน (รูปที่ 11) ดังนั้น ช่วงการมองเห็นของวัตถุ Dp-MR จึงประกอบด้วยช่วงของขอบฟ้าที่มองเห็นได้ของผู้สังเกต De=Mc และช่วงของขอบฟ้าที่มองเห็นได้ของวัตถุ Dn= RC:

ข้าว. 11.

การใช้สูตร (9) และ (10) N. N. Struisky รวบรวมโนโมแกรม (รูปที่ 12) และใน MT-63 จะได้ตาราง 22-v “ช่วงการมองเห็นของวัตถุ” คำนวณตามสูตร (9)

ตัวอย่างที่ 11ค้นหาช่วงการมองเห็นของวัตถุที่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเล H = 26.5 ม. (86 ฟุต) เมื่อความสูงของดวงตาของผู้สังเกตเหนือระดับน้ำทะเลคือ e = 4.5 ม. (1 5 ฟุต)

สารละลาย.

1. ตามโนโมแกรมของ Struisky (รูปที่ 12) ในระดับแนวตั้งด้านซ้าย "ความสูงของวัตถุที่สังเกต" เราทำเครื่องหมายจุดที่สอดคล้องกับ 26.5 ม. (86 ฟุต) ในระดับแนวตั้งด้านขวา "ความสูงของตาของผู้สังเกต" เราทำเครื่องหมายจุดที่สอดคล้องกับ 4.5 ม. (15 ฟุต) เชื่อมต่อจุดที่ทำเครื่องหมายไว้ด้วยเส้นตรงที่จุดตัดของจุดหลังด้วยมาตราส่วนแนวตั้งเฉลี่ย "ช่วงการมองเห็น" เราได้รับคำตอบ: Dn = 15.1 ม.

2. ตาม MT-63 (ตารางที่ 22-c) สำหรับ e = 4.5 ม. และ H = 26.5 ม. ค่า Dn = 15.1 ม. ระยะการมองเห็นของไฟประภาคาร Dk-KR ที่ให้ไว้ในคู่มือการนำทางและแผนภูมิทางทะเลคำนวณสำหรับความสูงของดวงตาของผู้สังเกตเท่ากับ 5 ม. หากความสูงจริงของดวงตาของผู้สังเกตไม่เท่ากับ 5 ม. จะต้องเพิ่มการแก้ไข A = MS-KS- = De-D5 เข้ากับช่วง Dk ที่กำหนดในคู่มือ การแก้ไขคือความแตกต่างระหว่างระยะห่างของขอบฟ้าที่มองเห็นได้จากความสูง 5 เมตร และเรียกว่าการแก้ไขความสูงของดวงตาของผู้สังเกต:

ดังที่เห็นได้จากสูตร (11) การแก้ไขความสูงของตาของผู้สังเกต A อาจเป็นค่าบวก (เมื่อ e> 5 m) หรือค่าลบ (เมื่อ e
ดังนั้นระยะการมองเห็นของไฟบีคอนจึงถูกกำหนดโดยสูตร

ข้าว. 12.

ตัวอย่างที่ 12ระยะการมองเห็นของประภาคารที่ระบุบนแผนที่คือ Dk = 20.0 ไมล์

ผู้สังเกตการณ์จะเห็นไฟจากระยะไกลเท่าใด ดวงตาของใครอยู่ที่ความสูง e = 16 เมตร

สารละลาย. 1) ตามสูตร (11)

2) ตามตาราง 22-a ME-63 A=De - D5 = 8.3-4.7 = 3.6 ไมล์;

3) ตามสูตร (12) Dp = (20.0+3.6) = 23.6 ไมล์

ตัวอย่างที่ 13ระยะการมองเห็นของประภาคารที่ระบุบนแผนที่คือ Dk = 26 ไมล์

ผู้สังเกตบนเรือจะมองเห็นไฟได้จากระยะไกลเท่าใด (e=2.0 m)

สารละลาย. 1) ตามสูตร (11)

2) ตามตาราง 22-a MT-63 A=D - D = 2.9 - 4.7 = -1.6 ไมล์;

3) ตามสูตร (12) Dp = 26.0-1.6 = 24.4 ไมล์

เรียกว่าช่วงการมองเห็นของวัตถุซึ่งคำนวณโดยใช้สูตร (9) และ (10) ทางภูมิศาสตร์

ข้าว. 13.

ระยะการมองเห็นของสัญญาณไฟสัญญาณหรือ ช่วงแสงการมองเห็นขึ้นอยู่กับความแรงของแหล่งกำเนิดแสง ระบบบีคอน และสีของไฟ ในประภาคารที่สร้างขึ้นอย่างเหมาะสม ประภาคารมักจะเกิดขึ้นพร้อมกับขอบเขตทางภูมิศาสตร์

ในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก ระยะการมองเห็นที่แท้จริงอาจแตกต่างกันอย่างมากจากช่วงทางภูมิศาสตร์หรือช่วงการมองเห็น

เมื่อเร็วๆ นี้ การวิจัยพบว่าในสภาพการเดินเรือในเวลากลางวัน ระยะการมองเห็นของวัตถุจะถูกกำหนดอย่างแม่นยำมากขึ้นโดยสูตรต่อไปนี้:

ในรูป รูปที่ 13 แสดงโนโมแกรมที่คำนวณโดยใช้สูตร (13) เราจะอธิบายการใช้โนโมแกรมโดยการแก้ปัญหาตามเงื่อนไขของตัวอย่างที่ 11

ตัวอย่างที่ 14จงหาระยะการมองเห็นของวัตถุที่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเล H = 26.5 ม. โดยที่ความสูงของตาผู้สังเกตเหนือระดับน้ำทะเล e = 4.5 ม.

สารละลาย. 1 ตามสูตร (13)

คำถามหมายเลข 10

ระยะทางของขอบฟ้าที่มองเห็นได้ ระยะการมองเห็นวัตถุ...

ช่วงการมองเห็นขอบฟ้าทางภูมิศาสตร์

ให้ความสูงของดวงตาของผู้สังเกตอยู่ที่จุดนั้น เอ"เหนือระดับน้ำทะเลเท่ากับ จ(รูปที่ 1.15) พื้นผิวโลกในรูปทรงกลมที่มีรัศมี R

รังสีการมองเห็นที่ไปยัง A" และสัมผัสกับผิวน้ำทุกทิศทางจะเกิดเป็นวงกลมเล็ก ๆ KK" ซึ่งเรียกว่า เส้นขอบฟ้าที่มองเห็นได้ในทางทฤษฎี.

เนื่องจากความหนาแน่นของบรรยากาศที่แตกต่างกันในระดับความสูง รังสีของแสงจึงไม่แพร่กระจายเป็นเส้นตรง แต่ไปตามเส้นโค้งที่แน่นอน เอ บีซึ่งสามารถประมาณได้ด้วยวงกลมที่มีรัศมี ρ .

ปรากฏการณ์ความโค้งของรังสีมองเห็นในชั้นบรรยากาศโลกเรียกว่า การหักเหของแสงจากพื้นดินและมักจะเพิ่มระยะของขอบฟ้าที่มองเห็นได้ตามทฤษฎี ผู้สังเกตไม่เห็น KK" แต่เป็นเส้น BB" ซึ่งเป็นวงกลมเล็กๆ ที่ผิวน้ำแตะท้องฟ้า ขอบฟ้าที่ปรากฏของผู้สังเกต.

ค่าสัมประสิทธิ์การหักเหของแสงบนพื้นโลกคำนวณโดยใช้สูตร มูลค่าเฉลี่ยของมัน:

มุมหักเหร กำหนดตามรูป โดยมุมระหว่างคอร์ดกับเส้นสัมผัสวงกลมรัศมีρ .

รัศมีทรงกลม A"B เรียกว่า ช่วงทางภูมิศาสตร์หรือเรขาคณิตของเส้นขอบฟ้าที่มองเห็นได้- ช่วงการมองเห็นนี้ไม่ได้คำนึงถึงความโปร่งใสของบรรยากาศ กล่าวคือ ถือว่าบรรยากาศเหมาะสมที่สุดโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใส m = 1

ให้เราวาดระนาบของขอบฟ้าที่แท้จริง H ถึงจุด A" จากนั้นมุมแนวตั้ง d ระหว่าง H และแทนเจนต์กับรังสีภาพ A"B จะถูกเรียกว่า ความเอียงของขอบฟ้า

ใน MT-75 Nautical Tables มีโต๊ะอยู่ 22 “ระยะขอบฟ้าที่มองเห็นได้” คำนวณโดยใช้สูตร (1.19)

ช่วงการมองเห็นทางภูมิศาสตร์ของวัตถุ

ช่วงทางภูมิศาสตร์ของการมองเห็นวัตถุในทะเล ดปดังต่อไปนี้จากย่อหน้าที่แล้วจะขึ้นอยู่กับค่า จ- ความสูงของตาผู้สังเกต ขนาด ชม.- ความสูงของวัตถุและดัชนีการหักเหของแสง เอ็กซ์.

ค่าของ Dp ถูกกำหนดโดยระยะทางสูงสุดที่ผู้สังเกตจะเห็นยอดของมันเหนือเส้นขอบฟ้า ในศัพท์เฉพาะทางวิชาชีพ มีแนวคิดเรื่องพิสัยเช่นเดียวกับ ช่วงเวลา"เปิด" และ"ปิด" สถานที่สำคัญทางการเดินเรือ เช่น ประภาคารหรือเรือ การคำนวณช่วงดังกล่าวช่วยให้นักเดินเรือมีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตำแหน่งโดยประมาณของเรือที่สัมพันธ์กับจุดสังเกต

โดยที่ Dh คือระยะการมองเห็นของขอบฟ้าจากความสูงของวัตถุ

ในแผนภูมิการนำทางทางทะเล ช่วงการมองเห็นทางภูมิศาสตร์ของจุดนำทางถูกกำหนดไว้สำหรับความสูงของดวงตาของผู้สังเกต e = 5 ม. และถูกกำหนดให้เป็น Dk - ระยะการมองเห็นที่ระบุบนแผนที่ ตาม (1.22) คำนวณได้ดังนี้:

ดังนั้น หาก e แตกต่างจาก 5 m ดังนั้นในการคำนวณ Dp กับช่วงการมองเห็นบนแผนที่ จำเป็นต้องมีการแก้ไข ซึ่งสามารถคำนวณได้ดังนี้:

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า Dp ขึ้นอยู่กับลักษณะทางสรีรวิทยาของดวงตาของผู้สังเกต ในด้านการมองเห็น ซึ่งแสดงออกมาเป็นความละเอียด ที่.

ความละเอียดของมุม- นี่คือมุมที่เล็กที่สุดที่วัตถุทั้งสองถูกแยกออกจากกันด้วยตา นั่นคือ ในงานของเรา มันคือความสามารถในการแยกแยะระหว่างวัตถุกับเส้นขอบฟ้า

ลองดูที่รูป. 1.18. ให้เราเขียนความเท่าเทียมกันอย่างเป็นทางการ

เนื่องจากความละเอียดของวัตถุ วัตถุจะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อขนาดเชิงมุมของมันไม่น้อยกว่า ที่คือจะมีความสูงเหนือเส้นขอบฟ้าอย่างน้อย เอสเอส"- แน่นอนว่า y ควรลดช่วงลงโดยคำนวณโดยใช้สูตร (1.22) แล้ว

ส่วน CC" จะลดความสูงของวัตถุ A จริง ๆ

สมมติว่าใน ∆A"CC" มุม C และ C" อยู่ใกล้กับ 90° เราจะพบว่า

หากเราต้องการรับ Dp y เป็นไมล์และ SS" เป็นเมตร สูตรในการคำนวณระยะการมองเห็นของวัตถุจะต้องลดลงให้อยู่ในรูปแบบโดยคำนึงถึงความละเอียดของดวงตามนุษย์

อิทธิพลของปัจจัยอุตุนิยมวิทยาที่มีต่อระยะการมองเห็นของขอบฟ้า วัตถุ และแสง

ระยะการมองเห็นสามารถตีความได้ว่าเป็นช่วงนิรนัย โดยไม่คำนึงถึงความโปร่งใสของบรรยากาศในปัจจุบัน รวมถึงความเปรียบต่างของวัตถุและพื้นหลัง

ช่วงการมองเห็นด้วยแสง- นี่คือช่วงการมองเห็น ขึ้นอยู่กับความสามารถของสายตามนุษย์ในการแยกแยะวัตถุด้วยความสว่างเทียบกับพื้นหลังบางอย่าง หรือตามที่พวกเขาพูด เพื่อแยกแยะความแตกต่างบางอย่าง

ช่วงการมองเห็นด้วยแสงในเวลากลางวันขึ้นอยู่กับความเปรียบต่างระหว่างวัตถุที่สังเกตได้กับพื้นหลังของพื้นที่. ช่วงการมองเห็นด้วยแสงในเวลากลางวัน แสดงถึงระยะห่างที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างวัตถุกับพื้นหลังจะเท่ากับค่าความเปรียบต่างเกณฑ์

ช่วงการมองเห็นตอนกลางคืนนี่คือระยะการมองเห็นสูงสุดของไฟในช่วงเวลาที่กำหนด ซึ่งกำหนดโดยความเข้มของแสงและทัศนวิสัยทางอุตุนิยมวิทยาในปัจจุบัน

Contrast K สามารถกำหนดได้ดังนี้:

โดยที่ Vf คือความสว่างของพื้นหลัง Bp คือความสว่างของวัตถุ

ค่าต่ำสุดของ K เรียกว่า เกณฑ์ความไวของคอนทราสต์ของดวงตาและเท่ากับค่าเฉลี่ย 0.02 สำหรับสภาพกลางวันและวัตถุที่มีขนาดเชิงมุมประมาณ 0.5°

ฟลักซ์ส่องสว่างส่วนหนึ่งจากไฟประภาคารถูกดูดซับโดยอนุภาคในอากาศ ส่งผลให้ความเข้มของแสงอ่อนลง นี่คือลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสของบรรยากาศ

ที่ไหน ฉัน0 - ความเข้มของการส่องสว่างของแหล่งกำเนิด /1 - ความเข้มของการส่องสว่างที่ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดซึ่งถือเป็นเอกภาพ

ถึง ค่าสัมประสิทธิ์ความโปร่งใสของบรรยากาศจะน้อยกว่าความสามัคคีเสมอซึ่งหมายความว่า ช่วงทางภูมิศาสตร์- นี่คือค่าสูงสุดทางทฤษฎี ซึ่งในสภาวะจริง ระยะการมองเห็นไม่ถึง ยกเว้นกรณีที่ผิดปกติ

ความโปร่งใสของบรรยากาศสามารถประเมินได้ในจุดต่างๆ โดยใช้ระดับการมองเห็นจาก โต๊ะ 51 เอ็มที-75ขึ้นอยู่กับสถานะของบรรยากาศ: ฝน หมอก หิมะ หมอกควัน ฯลฯ

แนวความคิดจึงเกิดขึ้น ช่วงการมองเห็นอุตุนิยมวิทยาซึ่งขึ้นอยู่กับความโปร่งใสของบรรยากาศ

ช่วงการมองเห็นที่กำหนดไฟเรียกว่าระยะการมองเห็นด้วยแสงซึ่งมีระยะการมองเห็นทางอุตุนิยมวิทยา 10 ไมล์ (ד = 0.74)

คำนี้แนะนำโดยสมาคมประภาคารระหว่างประเทศ (IALA) และใช้ในต่างประเทศ ในแผนที่ภายในประเทศและคู่มือการนำทาง จะมีการระบุระยะการมองเห็นมาตรฐาน (หากน้อยกว่าขอบเขตทางภูมิศาสตร์)

ช่วงการมองเห็นมาตรฐาน- นี่คือช่วงแสงที่มีทัศนวิสัยทางอุตุนิยมวิทยา 13.5 ไมล์ (ד = 0.80)

คู่มือการนำทาง "ไฟ" และ "ไฟและสัญญาณ" ประกอบด้วยตารางระยะการมองเห็นเส้นขอบฟ้า โนโมแกรมของการมองเห็นวัตถุ และโนโมแกรมของช่วงการมองเห็นทางแสง โนโมแกรมสามารถป้อนตามความเข้มของการส่องสว่างในแคนเดลา ตามช่วงปกติ (มาตรฐาน) และตามทัศนวิสัยทางอุตุนิยมวิทยา ส่งผลให้มีระยะการมองเห็นของไฟ (รูปที่ 1.19)

นักเดินเรือจะต้องทดลองรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับระยะการเปิดของไฟและสัญญาณเฉพาะในพื้นที่เดินเรือในสภาพอากาศต่างๆ

พูดถึงคุณสมบัติอันน่าทึ่งของการมองเห็นของเรา ตั้งแต่ความสามารถในการมองเห็นกาแลคซีอันห่างไกล ไปจนถึงความสามารถในการจับคลื่นแสงที่ดูเหมือนมองไม่เห็น

มองไปรอบๆ ห้องที่คุณอยู่ - คุณเห็นอะไร? ผนัง หน้าต่าง วัตถุสีสันสดใส ทั้งหมดนี้ดูคุ้นเคยและมองข้ามไป เป็นเรื่องง่ายที่จะลืมว่าเราเห็นโลกรอบตัวเราเพียงเพราะโฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคของแสงที่สะท้อนจากวัตถุและกระทบกับเรตินา

มีเซลล์ที่ไวต่อแสงประมาณ 126 ล้านเซลล์ในเรตินาของดวงตาแต่ละข้างของเรา สมองจะถอดรหัสข้อมูลที่ได้รับจากเซลล์เหล่านี้เกี่ยวกับทิศทางและพลังงานของโฟตอนที่ตกใส่เซลล์เหล่านี้ และเปลี่ยนให้เป็นรูปทรง สี และความเข้มของการส่องสว่างของวัตถุที่อยู่รอบๆ ที่หลากหลาย

การมองเห็นของมนุษย์มีขีดจำกัด ดังนั้นเราจึงไม่สามารถเห็นคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือมองเห็นแบคทีเรียที่เล็กที่สุดด้วยตาเปล่า

ด้วยความก้าวหน้าทางฟิสิกส์และชีววิทยา จึงสามารถกำหนดขีดจำกัดของการมองเห็นตามธรรมชาติได้ Michael Landy ศาสตราจารย์ด้านจิตวิทยาและประสาทชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกล่าวว่า "วัตถุทุกอย่างที่เราเห็นมี 'เกณฑ์' อยู่ด้านล่าง ซึ่งเราจะหยุดจดจำมัน"

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาเกณฑ์นี้ในแง่ของความสามารถของเราในการแยกแยะสี - บางทีอาจเป็นความสามารถแรกที่นึกถึงเกี่ยวกับการมองเห็น

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบสปลคำบรรยายภาพ กรวยมีหน้าที่ในการรับรู้สี และแท่งช่วยให้เรามองเห็นเฉดสีเทาในที่แสงน้อย

ตัวอย่างเช่น ความสามารถของเราในการแยกแยะสีม่วงจากสีม่วงแดงมีความสัมพันธ์กับความยาวคลื่นของโฟตอนที่กระทบกับเรตินา เซลล์ที่ไวต่อแสงในเรตินามีสองประเภท - เซลล์รูปแท่งและเซลล์รูปกรวย โคนมีหน้าที่ในการรับรู้สี (ที่เรียกว่าการมองเห็นตอนกลางวัน) และแท่งช่วยให้เรามองเห็นเฉดสีเทาในที่แสงน้อย เช่น ในเวลากลางคืน (การมองเห็นตอนกลางคืน)

ดวงตามนุษย์มีกรวยสามประเภทและมีออปซินจำนวนหนึ่งซึ่งแต่ละประเภทมีความไวต่อโฟตอนที่ช่วงความยาวคลื่นแสงเฉพาะเจาะจงเป็นพิเศษ

กรวยชนิด S มีความไวต่อส่วนสีม่วงน้ำเงินที่มีความยาวคลื่นสั้นของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ กรวยประเภท M มีหน้าที่รับผิดชอบสำหรับสีเขียว-เหลือง (ความยาวคลื่นปานกลาง) และกรวยประเภท L มีหน้าที่รับผิดชอบสำหรับสีเหลือง-แดง (ความยาวคลื่นยาว)

คลื่นทั้งหมดนี้ ตลอดจนการผสมผสานของคลื่นเหล่านี้ ทำให้เราเห็นสีรุ้งได้ครบถ้วน “แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์มองเห็นได้ทั้งหมด ยกเว้นแหล่งกำเนิดแสงเทียมบางชนิด (เช่น ปริซึมหักเหหรือเลเซอร์) จะปล่อยแสงผสมของความยาวคลื่นที่มีความยาวคลื่นต่างกันออกมา” Landy กล่าว

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบคิดสต๊อกคำบรรยายภาพ คลื่นความถี่ทั้งหมดนั้นไม่ดีต่อดวงตาของเรา...

ในบรรดาโฟตอนทั้งหมดที่มีอยู่ในธรรมชาติ กรวยของเราสามารถตรวจจับได้เฉพาะส่วนที่มีความยาวคลื่นในช่วงแคบมากเท่านั้น (ปกติคือ 380 ถึง 720 นาโนเมตร) ซึ่งเรียกว่าสเปกตรัมรังสีที่มองเห็นได้ สเปกตรัมอินฟราเรดและสเปกตรัมวิทยุที่ต่ำกว่าช่วงนี้ ความยาวคลื่นของโฟตอนพลังงานต่ำในช่วงหลังจะแตกต่างกันไปตั้งแต่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายกิโลเมตร

อีกด้านของช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้คือสเปกตรัมอัลตราไวโอเลต ตามด้วยรังสีเอกซ์ ตามด้วยสเปกตรัมรังสีแกมมาที่มีโฟตอนซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยกว่าหนึ่งในล้านล้านของเมตร

แม้ว่าพวกเราส่วนใหญ่จะมีการมองเห็นที่จำกัดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แต่ผู้ที่มีภาวะพิการทางสมอง (aphakia)—การไม่มีเลนส์ตา (อันเป็นผลมาจากการผ่าตัดต้อกระจกหรือข้อบกพร่องที่เกิดโดยทั่วไป)—สามารถมองเห็นความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตได้

ในสายตาที่มีสุขภาพดี เลนส์จะบล็อกคลื่นอัลตราไวโอเลต แต่เมื่อไม่มีเลนส์ บุคคลจะสามารถรับรู้คลื่นที่มีความยาวสูงสุดประมาณ 300 นาโนเมตรเป็นสีฟ้าขาวได้

การศึกษาในปี 2014 ตั้งข้อสังเกตว่า ในแง่หนึ่ง เราทุกคนสามารถเห็นโฟตอนอินฟราเรดได้ หากโฟตอนสองตัวดังกล่าวชนเซลล์เรตินาเดียวกันเกือบจะพร้อมกัน พลังงานของพวกมันจะเพิ่มขึ้น โดยเปลี่ยนคลื่นที่มองไม่เห็น เช่น 1,000 นาโนเมตร ให้กลายเป็นความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ 500 นาโนเมตร (พวกเราส่วนใหญ่มองว่าคลื่นที่มีความยาวขนาดนี้เป็นสีเขียวเย็น) .

เราเห็นมีกี่สี?

กรวยในดวงตาของมนุษย์ที่แข็งแรงมีสามประเภท ซึ่งแต่ละประเภทสามารถแยกแยะเฉดสีต่างๆ ได้ประมาณ 100 เฉด ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยส่วนใหญ่จึงประมาณการณ์ว่าเราสามารถแยกแยะสีได้ประมาณหนึ่งล้านสี อย่างไรก็ตาม การรับรู้สีเป็นเรื่องส่วนตัวและเป็นรายบุคคล

เจมสันรู้ว่าเขากำลังพูดถึงอะไร เธอศึกษาการมองเห็นของเตตราโครมา - คนที่มีความสามารถเหนือมนุษย์อย่างแท้จริงในการแยกแยะสี Tetrachromacy พบได้น้อยและเกิดขึ้นในกรณีส่วนใหญ่ในผู้หญิง ผลจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม พวกมันมีกรวยชนิดที่สี่เพิ่มเติม ซึ่งช่วยให้พวกมันมองเห็นสีได้มากถึง 100 ล้านสี ตามการประมาณการคร่าวๆ (คนตาบอดสีหรือไดโครมามีกรวยเพียงสองประเภทเท่านั้น โดยสามารถแยกแยะสีได้ไม่เกิน 10,000 สี)

เราจำเป็นต้องมีโฟตอนจำนวนเท่าใดจึงจะเห็นแหล่งกำเนิดแสง

โดยทั่วไป กรวยต้องการแสงมากกว่ามากเพื่อให้ทำงานได้อย่างเหมาะสมมากกว่าแท่ง ด้วยเหตุนี้ ในที่แสงน้อย ความสามารถของเราในการแยกแยะสีจึงลดลง และแท่งไม้ก็ถูกนำไปใช้งาน เพื่อให้การมองเห็นเป็นขาวดำ

ภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการที่เหมาะสม ในบริเวณเรตินาซึ่งขาดแท่งไปเป็นส่วนใหญ่ โคนสามารถทำงานได้โดยใช้โฟตอนเพียงไม่กี่โฟตอน อย่างไรก็ตาม ไม้กายสิทธิ์ทำงานได้ดียิ่งขึ้นในการตรวจจับแม้แสงสลัวที่สุด

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบสปลคำบรรยายภาพ หลังจากการผ่าตัดตา บางคนจะสามารถมองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลตได้

จากการทดลองที่ดำเนินการครั้งแรกในทศวรรษปี 1940 แสงควอนตัมหนึ่งอันก็เพียงพอให้ดวงตาของเรามองเห็นได้ Brian Wandell ศาสตราจารย์ด้านจิตวิทยาและวิศวกรรมไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าวว่า "คนๆ หนึ่งสามารถเห็นโฟตอนเพียงตัวเดียว" "มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่เรตินาจะไวต่อความรู้สึกมากขึ้น"

ในปีพ.ศ. 2484 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้ทำการทดลอง โดยนำผู้เข้าร่วมการทดลองเข้าไปในห้องมืดและให้เวลาสายตาในการปรับตัว แท่งต้องใช้เวลาหลายนาทีเพื่อให้ได้ความไวเต็มที่ ด้วยเหตุนี้เมื่อเราปิดไฟในห้อง เราจะสูญเสียความสามารถในการมองเห็นสิ่งใดๆ ไปชั่วขณะหนึ่ง

จากนั้นแสงสีน้ำเงิน-เขียวที่กะพริบก็พุ่งไปที่ใบหน้าของเป้าหมาย ด้วยความน่าจะเป็นที่สูงกว่าโอกาสปกติ ผู้เข้าร่วมการทดลองจึงบันทึกแสงวาบเมื่อมีโฟตอนเพียง 54 โฟตอนที่กระทบกับเรตินา

โฟตอนที่เข้าถึงเรตินาไม่ได้ถูกตรวจพบโดยเซลล์ที่ไวต่อแสง เมื่อคำนึงถึงเรื่องนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าเพียงห้าโฟตอนที่กระตุ้นแท่งที่แตกต่างกันห้าแท่งในเรตินาก็เพียงพอแล้วสำหรับบุคคลที่จะมองเห็นแสงแฟลช

วัตถุที่มองเห็นได้เล็กที่สุดและไกลที่สุด

ข้อเท็จจริงต่อไปนี้อาจทำให้คุณประหลาดใจ: ความสามารถในการมองเห็นวัตถุของเราไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดหรือระยะห่างทางกายภาพของมันเลย แต่ขึ้นอยู่กับว่าโฟตอนที่ปล่อยออกมาอย่างน้อยสองสามโฟตอนจะกระทบกับเรตินาของเราหรือไม่

“สิ่งเดียวที่ดวงตาต้องการเห็นคือแสงที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุจำนวนหนึ่ง” แลนดี้กล่าว “ทั้งหมดขึ้นอยู่กับจำนวนโฟตอนที่ไปถึงเรตินา ไม่ว่าแหล่งกำเนิดแสงจะเล็กแค่ไหนก็ตาม แม้ว่ามันจะดำรงอยู่เพียงเสี้ยววินาที เราก็ยังสามารถเห็นมันได้ถ้ามันปล่อยโฟตอนออกมามากพอ"

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบคิดสต๊อกคำบรรยายภาพ ดวงตาต้องการโฟตอนเพียงจำนวนเล็กน้อยจึงจะมองเห็นแสงได้

หนังสือเรียนจิตวิทยามักมีข้อความว่าในคืนที่มืดมนไร้เมฆ เปลวเทียนสามารถมองเห็นได้จากระยะไกลถึง 48 กม. ในความเป็นจริง จอประสาทตาของเราถูกโฟตอนถล่มอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นแสงควอนตัมเดียวที่ปล่อยออกมาจากระยะไกลมากจะหายไปกับพื้นหลังของพวกมัน

หากต้องการทราบว่าเรามองเห็นได้ไกลแค่ไหน มาดูท้องฟ้ายามค่ำคืนที่ประดับประดาด้วยดวงดาวกัน ขนาดของดวงดาวนั้นใหญ่มาก หลายแห่งที่เราเห็นด้วยตาเปล่ามีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายล้านกิโลเมตร

อย่างไรก็ตาม แม้แต่ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เราที่สุดก็ยังอยู่ห่างจากโลกมากกว่า 38 ล้านล้านกิโลเมตร ดังนั้นขนาดที่ปรากฏของมันจึงเล็กมากจนตาของเราไม่สามารถแยกแยะได้

ในทางกลับกัน เรายังคงสังเกตเห็นดวงดาวที่อยู่ในรูปของแหล่งกำเนิดแสงที่มีจุดสว่าง เนื่องจากโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะเอาชนะระยะห่างขนาดมหึมาที่แยกเราและตกลงบนเรตินาของเรา

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบคิดสต๊อกคำบรรยายภาพ การมองเห็นจะลดลงเมื่อระยะห่างจากวัตถุเพิ่มขึ้น

ดาวฤกษ์ที่มองเห็นได้ทั้งหมดในท้องฟ้ายามค่ำคืนตั้งอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา วัตถุที่อยู่ห่างไกลจากเราที่สุดที่บุคคลสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นตั้งอยู่นอกทางช้างเผือกและเป็นกระจุกดาวนั่นเอง นี่คือแอนโดรเมดาเนบิวลา ซึ่งอยู่ห่างจาก 2.5 ล้านปีแสง หรือ 37 ล้านล้านกิโลเมตร ดวงอาทิตย์ (บางคนอ้างว่าในคืนที่มืดมิดเป็นพิเศษ การมองเห็นอันแหลมคมทำให้พวกเขามองเห็นดาราจักรสามเหลี่ยมซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 3 ล้านปีแสง แต่ปล่อยให้คำกล่าวอ้างนี้เป็นความรู้สึกผิดชอบชั่วดีของพวกเขา)

เนบิวลาแอนโดรเมดาประกอบด้วยดาวฤกษ์หนึ่งล้านล้านดวง เนื่องจากระยะทางที่ไกลมาก ผู้ทรงคุณวุฒิเหล่านี้จึงรวมกันจนกลายเป็นจุดแสงที่แทบจะมองไม่เห็น นอกจากนี้ ขนาดของเนบิวลาแอนโดรเมดายังมีขนาดมหึมาอีกด้วย แม้จะอยู่ในระยะห่างขนาดมหึมา ขนาดเชิงมุมของมันก็ยังมีเส้นผ่านศูนย์กลางหกเท่าของพระจันทร์เต็มดวง อย่างไรก็ตาม โฟตอนจากกาแลคซีนี้มาถึงเราน้อยมากจนแทบจะมองไม่เห็นในท้องฟ้ายามค่ำคืน

ขีดจำกัดการมองเห็น

เหตุใดเราจึงไม่สามารถมองเห็นดาวฤกษ์แต่ละดวงในเนบิวลาแอนโดรเมดาได้ ความจริงก็คือความละเอียดหรือการมองเห็นนั้นมีข้อจำกัด (การมองเห็นหมายถึงความสามารถในการแยกแยะองค์ประกอบต่างๆ เช่น จุดหรือเส้น เป็นวัตถุที่แยกออกจากกันซึ่งไม่กลมกลืนกับวัตถุที่อยู่ติดกันหรือพื้นหลัง)

ที่จริงแล้ว การมองเห็นสามารถอธิบายได้ในลักษณะเดียวกับความละเอียดของจอคอมพิวเตอร์ นั่นคือขนาดพิกเซลขั้นต่ำที่เรายังสามารถแยกความแตกต่างได้ในแต่ละจุด

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบสปลคำบรรยายภาพ วัตถุที่ค่อนข้างสว่างสามารถมองเห็นได้ในระยะไกลหลายปีแสง

ข้อจำกัดด้านการมองเห็นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ระยะห่างระหว่างเซลล์รูปกรวยและก้านของเรตินา ลักษณะทางแสงของลูกตามีบทบาทที่สำคัญไม่แพ้กันเนื่องจากโฟตอนที่ไม่กระทบกับเซลล์ที่ไวต่อแสงทุกตัว

ตามทฤษฎีแล้ว การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการมองเห็นของเรานั้นจำกัดอยู่ที่ความสามารถในการแยกแยะประมาณ 120 พิกเซลต่อองศาเชิงมุม (หน่วยวัดเชิงมุม)

ภาพประกอบในทางปฏิบัติเกี่ยวกับขีดจำกัดของการมองเห็นของมนุษย์อาจเป็นวัตถุที่มีความยาวแขนซึ่งมีขนาดเท่ากับเล็บมือ โดยมีเส้นแนวนอน 60 เส้นและแนวตั้ง 60 เส้นที่ใช้สีขาวและดำสลับกัน ทำให้เกิดรูปร่างคล้ายกระดานหมากรุก “เห็นได้ชัดว่า นี่เป็นรูปแบบที่เล็กที่สุดที่สายตามนุษย์ยังคงมองเห็นได้” Landy กล่าว

ตารางที่จักษุแพทย์ใช้เพื่อทดสอบการมองเห็นจะขึ้นอยู่กับหลักการนี้ ตารางที่มีชื่อเสียงที่สุดในรัสเซีย Sivtsev ประกอบด้วยแถวของตัวอักษรพิมพ์ใหญ่สีดำบนพื้นหลังสีขาว ขนาดตัวอักษรจะเล็กลงในแต่ละแถว

การมองเห็นของบุคคลนั้นถูกกำหนดโดยขนาดของแบบอักษรที่เขาไม่เห็นโครงร่างของตัวอักษรอย่างชัดเจนและเริ่มสับสน

ลิขสิทธิ์ภาพประกอบคิดสต๊อกคำบรรยายภาพ แผนภูมิการมองเห็นใช้ตัวอักษรสีดำบนพื้นหลังสีขาว

มันเป็นขีดจำกัดของการมองเห็นที่อธิบายความจริงที่ว่าเราไม่สามารถมองเห็นเซลล์ทางชีววิทยาด้วยตาเปล่าซึ่งมีขนาดเพียงไม่กี่ไมโครเมตร

แต่ไม่จำเป็นต้องเสียใจกับเรื่องนี้ ความสามารถในการแยกแยะสีนับล้านสี จับโฟตอนเดี่ยวๆ และมองเห็นกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านล้านกิโลเมตรถือเป็นผลลัพธ์ที่ดีทีเดียว เมื่อพิจารณาว่าการมองเห็นของเรานั้นมาจากลูกบอลคล้ายเยลลี่คู่หนึ่งในเบ้าตาซึ่งเชื่อมต่อกับมวลที่มีรูพรุน 1.5 กิโลกรัม ในกะโหลกศีรษะ