כמה רחוק יכולה העין האנושית לראות? רמה 1: ראייה ברורה
תיאורטית נקודת אור ממקור נקודתי מרוחקכאשר ההתמקדות ברשתית צריכה להיות אינסופית. עם זאת, מכיוון שהמערכת האופטית של העין אינה מושלמת, לכתם כזה ברשתית, אפילו ברזולוציה המקסימלית של המערכת האופטית של עין רגילה, יש לרוב קוטר כולל של כ-11 מיקרון. במרכז הנקודה הבהירות היא הגבוהה ביותר, ולקראת קצוותיו הבהירות פוחתת בהדרגה.
קוטר ממוצע של קונוסים בפובההרשתית (החלק המרכזי של הרשתית, שבו חדות הראייה היא הגבוהה ביותר) היא בערך 1.5 מיקרון, שהם 1/7 מקוטר נקודת האור. עם זאת, מכיוון שלכתם האור יש נקודה מרכזית בהירה וקצוות מוצללים, אדם יכול בדרך כלל להבחין בין שתי נקודות נפרדות כאשר המרחק על הרשתית בין המרכזים הוא בערך 2 מיקרון, שהוא מעט יותר מרוחב הקונוסים של העין. גוּמָה.
חדות ראייה תקינהעבור העין האנושית להבחין במקורות אור נקודתיים הוא בערך 25 קשת שניות. כתוצאה מכך, כאשר קרני אור משתי נקודות נפרדות מגיעות לעין בזווית של 25 שניות ביניהן, הן מזוהות בדרך כלל כשתי נקודות במקום אחת. משמעות הדבר היא שאדם עם חדות ראייה רגילה, המתבונן בשני מקורות אור נקודתיים בהירים ממרחק של 10 מ', יכול להבחין במקורות אלה כעצמים נפרדים רק אם הם נמצאים במרחק של 1.5-2 מ"מ זה מזה.
עם קוטר בורפחות מ-500 מיקרומטר פחות מ-2° משדה הראייה נופל לתוך אזור הרשתית עם חדות ראייה מקסימלית. מחוץ לאזור הפובה המרכזית, חדות הראייה נחלשת בהדרגה, יורדת ביותר מפי 10 כאשר מגיעים לפריפריה. זה קורה מכיוון שבחלקים ההיקפיים של הרשתית, ככל שמתרחקים מהפובה, מספר הולך וגדל של מוטות וחרוטים מתקשרים עם כל סיב עצב הראייה.
שיטה קלינית לקביעת חדות הראייה. כרטיס בדיקת עיניים מורכב בדרך כלל מאותיות בגדלים שונים הממוקמות במרחק של כ-6 מ' (20 רגל) מהאדם הנבדק. אם אדם ממרחק זה רואה בבירור את האותיות שהוא צריך לראות בדרך כלל, הם אומרים שחדות הראייה שלו היא 1.0 (20/20), כלומר. הראייה תקינה. אם אדם ממרחק זה רואה רק את האותיות שבדרך כלל נראות ממרחק של 60 מ' (200 רגל), אומרים שלאדם יש ראייה של 0.1 (20/200). במילים אחרות, השיטה הקלינית להערכת חדות הראייה משתמשת בשבר מתמטי המשקף את היחס בין שני מרחקים, או את היחס בין חדות הראייה של אדם נתון לחדות הראייה הרגילה.
יש שלוש דרכים עיקריות, שבעזרתם קובע אדם בדרך כלל את המרחק לחפץ: (1) גודל תמונות של עצמים ידועים על הרשתית; (2) תופעת פרלקסת תנועה; (3) תופעת הסטריאופסיס. היכולת לשפוט מרחק נקראת תפיסת עומק.
קביעת מרחק לפי גודלתמונות של עצמים ידועים על הרשתית. אם אתה יודע שגובהו של האדם שאתה רואה הוא 180 ס"מ, אתה יכול לקבוע כמה רחוק האדם ממך פשוט לפי גודל התמונה שלו על הרשתית. זה לא אומר שכל אחד מאיתנו חושב במודע על גודל על הרשתית, אבל המוח לומד לחשב אוטומטית מרחקים לאובייקטים מגדלים של תמונות כשהנתונים ידועים.
קביעת מרחק על ידי הזזת פרלקסה. דרך חשובה נוספת לקבוע את המרחק מהעין לעצם היא מידת השינוי בפרלקסה של התנועה. אם אדם מסתכל למרחקים ללא תנועה לחלוטין, אין פרלקסה. עם זאת, כאשר הראש מוזז לצד זה או אחר, תמונות של עצמים סמוכים נעות במהירות על פני הרשתית, בעוד שתמונות של עצמים מרוחקים נותרות כמעט ללא תנועה. לדוגמה, כאשר הראש מוזז הצידה ב-2.54 ס"מ, התמונה של עצם שנמצא במרחק זה מהעיניים נעה כמעט על פני כל הרשתית, בעוד שתזוזה של התמונה של עצם הנמצא במרחק של 60 מ' מהעיניים היא לא מורגש. כך, כאשר משתמשים במנגנון של שינוי פרלקסה, ניתן לקבוע את המרחקים היחסיים לעצמים שונים אפילו בעין אחת.
קביעת מרחק באמצעות סטריאופסיס. ראייה דו-עינית. סיבה נוספת לתחושת הפרלקס היא ראייה דו-עינית. מכיוון שהעיניים מוזזות זו לזו בקצת יותר מ-5 ס"מ, התמונות על רשתית העיניים שונות זו מזו. לדוגמה, עצם הממוקם 2.54 ס"מ לפני האף יוצר תמונה בצד שמאל של הרשתית השמאלית ובצד ימין של הרשתית הימנית, בעוד שנוצרות תמונות של חפץ קטן הממוקם 6 מ' מול האף. בסמיכות נקודות מתאימות במרכזי שתי הרשתיות. התמונות של הכתם האדום והריבוע הצהוב מוקרנות בחלקים מנוגדים של שתי הרשתיות בשל העובדה שהעצמים נמצאים במרחקים שונים מול העיניים.
הסוג הזה פרלקסהתמיד קורה כאשר רואים בשתי העיניים. זוהי פרלקסה דו-עינית (או סטריאופסיס) שאחראית כמעט לחלוטין ליכולת הגבוהה בהרבה להעריך את המרחק לחפצים סמוכים לאדם בעל שתי עיניים בהשוואה לאדם בעל עין אחת בלבד. עם זאת, סטריאופסיס כמעט חסר תועלת לתפיסת עומק במרחקים מעבר ל-15-60 מ'.
פני כדור הארץ מתעקלים ונעלם מהעין במרחק של 5 קילומטרים. אבל חדות הראייה שלנו מאפשרת לנו לראות הרבה מעבר לאופק. אם הוא היה שטוח, או אם הייתם עומדים על ראש הר ומסתכלים על שטח גדול בהרבה על כדור הארץ מהרגיל, הייתם יכולים לראות אורות בהירים במרחק מאות קילומטרים. בלילה חשוך אפשר אפילו לראות להבת נר שנמצא במרחק של 48 קילומטרים משם.
כמה רחוק יכולה העין האנושית לראות תלוי בכמה חלקיקי אור, או פוטונים, נפלטים מעצם מרוחק. העצם הרחוק ביותר הנראה לעין בלתי מזוינת הוא ערפילית אנדרומדה, הממוקמת במרחק עצום של 2.6 מיליון שנות אור מכדור הארץ. טריליון הכוכבים של הגלקסיה פולטים מספיק אור בסך הכל כדי לגרום לכמה אלפי פוטונים לפגוע בכל סנטימטר מרובע של פני כדור הארץ בכל שנייה. בלילה חשוך, כמות זו מספיקה להפעלת הרשתית.
בשנת 1941, מדען הראייה זליג הכט ועמיתיו מאוניברסיטת קולומביה עשו את מה שנחשב עדיין מדד אמין של סף חזותי מוחלט - המספר המינימלי של פוטונים שחייבים לפגוע ברשתית כדי לייצר מודעות חזותית. הניסוי קבע את הסף בתנאים אידיאליים: עיני המשתתפים קיבלו זמן להסתגל במלואו לחושך מוחלט, הבזק האור הכחול-ירוק שפעל כגירוי היה בעל אורך גל של 510 ננומטר (שאליו העיניים רגישות ביותר), והאור היה מכוון אל הקצה ההיקפי של הרשתית, מלא בתאי מוט חושי אור.
לדברי מדענים, כדי שהמשתתפים בניסוי יוכלו לזהות הבזק אור כזה ביותר ממחצית מהמקרים, 54 עד 148 פוטונים היו צריכים לפגוע בגלגלי העיניים. בהתבסס על מדידות ספיגת הרשתית, מדענים מעריכים כי בממוצע 10 פוטונים נספגים בפועל על ידי מוטות הרשתית האנושית. לפיכך, קליטה של 5-14 פוטונים או, בהתאמה, הפעלה של 5-14 מוטות מעידה למוח שאתה רואה משהו.
"זה אכן מספר קטן מאוד של תגובות כימיות", ציינו הכט ועמיתיו במאמר על הניסוי.
בהתחשב בסף המוחלט, בהירות של להבת נר והמרחק המשוער שבו עצם זוהר מתעמעם, הסיקו המדענים שאדם יכול להבחין בהבהוב קלוש של להבת נר במרחק של 48 קילומטרים.
אבל באיזה מרחק נוכל לזהות שעצם הוא יותר מסתם הבהוב של אור? על מנת שאובייקט ייראה מורחב במרחב ולא דמוי נקודה, האור ממנו חייב להפעיל לפחות שני קונוסים רשתיים צמודים - התאים האחראים על ראיית הצבע. בתנאים אידיאליים, חפץ צריך לשכב בזווית של לפחות דקת קשת אחת, או שישית מעלה, כדי לעורר קונוסים סמוכים. מידה זוויתית זו נשארת זהה בין אם העצם קרוב או רחוק (האובייקט המרוחק חייב להיות גדול בהרבה כדי להיות באותה זווית כמו העצם הקרוב). שקרים שלם בזווית של 30 דקות קשת, בעוד ונוס בקושי נראה כעצם מורחב בזווית של כדקת קשת אחת.
ניתן להבחין בין עצמים בגודל של אדם למרחק של כ-3 קילומטרים בלבד. לשם השוואה, במרחק זה יכולנו להבחין בבירור בין שני פנסי רכב.
כמה רחוק יכולה העין האנושית לראות (בדרך כלל)? וקיבל את התשובה הטובה ביותר
תשובה מאת ליאוניד[גורו]
אם ניקח בחשבון את פני כדור הארץ כתנאים נורמליים, אז הבעיה מצטמצמת למשפט פיתגורס. ומהתשובה - כ-4 ק"מ. במרחק זה נמצא קו האופק עבור אדם בגובה ממוצע. דוגמה אידיאלית היא אדם על שפת הים ממש ליד המים, ברור שבהתחשב בתנאי השטח הטווח יהיה בלתי צפוי. למשל, לא יותר מהמדרון הנגדי של הערוץ...
תשובה מאת 2 תשובות[גורו]
שלום! הנה מבחר נושאים עם תשובות לשאלתך: כמה רחוק רואה העין האנושית (בדרך כלל)?
תשובה מאת די[גורו]
בעצם רחוק לאין שיעור. עין אנושית בריאה מסוגלת לקרוא את השורות התחתונות של טבלת בדיקת ראייה.
תשובה מאת FingerScan Polunin[גורו]
מדענים הוכיחו שהעין מסוגלת להגיב רק לפוטון אחד שפוגע ברשתית! פעם אחת, ואבילוב עשה זאת. הניסויים שלו הראו שכדי שתחושת האור תופיע באדם רגיל לא מאומן, יש צורך שבערך 5-7 פוטונים יפגעו ברשתית באותו אזור. אבל יש שיטות להגביר את סף הרגישות של הראייה. האפשרויות הן להתאים את הראייה לחושך (בני אדם יושבים בחושך לפחות 30 דקות) ואם אתה מודאג מאוד מהראייה שלך, אתה יכול להסתדר בלי חושך מוחלט (לדוגמה, באמצעות תרגיל "הדלילה") לאחר מכן, אדם מסוגל ללכוד פוטונים בודדים על הרשתית. אם נלך למספרים שעליהם שאלת, אז המצב הוא כדלקמן: ממרחק של 7 ק"מ מנר בוער, רק פוטון אחד פוגע בעינו של אדם. חושך מוחלט. מסתבר שאדם מאומן בחושך מוחלט מסוגל לראות נר מ-7 ק"מ. עין לא מאומנת מסוגלת להבחין במשהו כמו 5-7 נרות דולקים בקרבת מקום. הנה התשובה שלך.
תשובה מאת אינה V[גורו]
פרמטרים צילומיים של העין האנושית וכמה מאפיינים של המבנה שלה.הרגישות (ISO) של העין האנושית משתנה באופן דינמי בהתאם לרמת ההארה הנוכחית בטווח שבין 1 ל-800 יחידות ISO. זמן ההסתגלות המלאה של העין לסביבה חשוכה לוקח כחצי שעה, מספר המגה-פיקסל בעין האנושית הוא כ-130, אם נספור כל קולטן רגיש לאור כפיקסל נפרד. עם זאת, ל-fovea, שהוא האזור הרגיש ביותר לאור ברשתית ואחראי לראייה מרכזית ברורה, יש רזולוציה של בערך מגה-פיקסל אחד ומכסה כ-2 דרגות של צפייה. אורך המוקד הוא ~22-24 מ"מ גודל החור (אישון) עם הקשתית פתוחה הוא ~7 מ"מ. הפתח היחסי הוא 22/7 = ~3.2-3.5. אפיק העברת הנתונים מעין אחת למוח מכיל כ-1.2 מיליון סיבי עצב (אקסונים) קיבולת התעלה מהעין למוח היא כ-8-9 מגה-ביט לשנייה זוויות שדה הראייה של עין אחת הוא 160 על 175 מעלות הרשתית האנושית מכילה כ-100 מיליון מוטות ו-30 מיליון קונוסים. או 120 + 6 לפי נתונים חלופיים קונוסים הם אחד משני סוגים של תאים פוטורצפטורים ברשתית. קונוסים מקבלים את שמם בגלל צורתם החרוטית. אורכם הוא כ-50 מיקרון, קוטר - מ-1 עד 4 מיקרון. קונוסים רגישים לאור בקירוב פי 100 פחות ממוטות (סוג אחר של תא רשתית), אך תופסים תנועות מהירות הרבה יותר טוב. ישנם שלושה סוגי קונוסים, המבוססים על הרגישות שלהם לאורכים שונים של גלי אור (צבעים). קונוסים מסוג S רגישים באזור הכחול-סגול, מסוג M באזור הירוק-צהוב וסוג L בחלק הצהוב-אדום של הספקטרום. נוכחותם של שלושת סוגי הקונוסים הללו (והמוטות, הרגישים בחלק הירוק האזמרגד של הספקטרום) נותנת לאדם ראיית צבע. לקונוסים באורך גל ארוך ובינוני (השיא בכחול-ירוק ובצהוב-ירוק) יש אזורי רגישות רחבים עם חפיפה משמעותית, כך שסוג מסוים של חרוט מגיב ליותר מאשר רק לצבע שלו; הם רק מגיבים אליו בצורה אינטנסיבית יותר מאחרים. בלילה, כאשר זרימת הפוטונים אינה מספקת לתפקוד תקין של קונוסים, הראייה מסופקת רק על ידי מוטות, כך שבלילה אדם אינו יכול להבחין בין צבעים. תאי מוט הם אחד משני סוגים של תאים פוטורצפטורים ברשתית העין, הנקראים כך על צורתו הגלילית. המוטות רגישים יותר לאור ובעין האדם מרוכזים לקצוות הרשתית, מה שקובע את השתתפותם בראיית הלילה וההיקפית.
פני כדור הארץ בשדה הראייה שלך מתחילים להתעקל במרחק של כ-5 ק"מ. אבל חדות הראייה האנושית מאפשרת לנו לראות הרבה יותר רחוק מהאופק. אם לא הייתה עקמומיות, הייתם יכולים לראות את להבת הנר במרחק של 50 ק"מ.
טווח הראייה תלוי במספר הפוטונים הנפלטים מעצם מרוחק. 1,000,000,000,000 הכוכבים של הגלקסיה הזו פולטים יחד מספיק אור לכמה אלפי פוטונים להגיע לכל מטר מרובע. ס"מ כדור הארץ. זה מספיק כדי לעורר את הרשתית של העין האנושית.
מכיוון שאי אפשר לבדוק את חדות הראייה האנושית בעודו על כדור הארץ, פנו מדענים לחישובים מתמטיים. הם גילו שכדי לראות אור מהבהב, בין 5 ל-14 פוטונים צריכים לפגוע ברשתית. להבת נר במרחק של 50 ק"מ, תוך התחשבות בפיזור האור, נותנת כמות זו, והמוח מזהה זוהר חלש.
איך לגלות משהו אישי על בן שיחו לפי המראה שלו
סודות של "ינשופים" ש"עפרונים" לא יודעים עליהם כיצד פועל "דואר מוח" - העברת מסרים ממוח למוח דרך האינטרנט למה שעמום נחוץ? "מגנט גבר": איך להפוך לכריזמטי יותר ולמשוך אליך אנשים 25 ציטוטים שיוציאו את הלוחם הפנימי שלך איך לפתח ביטחון עצמי האם ניתן "לנקות את הגוף מרעלים"?
הסתכלו סביב החדר בו אתם נמצאים - מה אתם רואים? קירות, חלונות, חפצים צבעוניים - כל זה נראה כל כך מוכר ומובן מאליו. קל לשכוח שאנו רואים את העולם סביבנו רק הודות לפוטונים - חלקיקי אור המוחזרים מעצמים ופוגעים ברשתית.
ישנם כ-126 מיליון תאים רגישים לאור ברשתית של כל אחת מעינינו. המוח מפענח את המידע המתקבל מהתאים הללו על כיוון ואנרגיה של פוטונים הנופלים עליהם והופך אותו למגוון צורות, צבעים ועוצמת הארה של עצמים מסביב.
לראייה האנושית יש גבולות. לפיכך, איננו מסוגלים לראות גלי רדיו הנפלטים ממכשירים אלקטרוניים, וגם לא לראות את החיידקים הקטנים ביותר בעין בלתי מזוינת.
הודות להתקדמות בפיזיקה ובביולוגיה, ניתן לקבוע את גבולות הראייה הטבעית. "לכל אובייקט שאנו רואים יש 'סף' מסוים שמתחתיו אנו מפסיקים לזהות אותו", אומר מייקל לנדי, פרופסור לפסיכולוגיה ונוירוביולוגיה באוניברסיטת ניו יורק.
בואו נבחן תחילה את הסף הזה מבחינת היכולת שלנו להבחין בצבעים – אולי היכולת הראשונה שעולה לנו בראש ביחס לראייה.
היכולת שלנו להבחין, למשל, בין צבע הסגול למגנטה קשורה לאורך הגל של הפוטונים הפוגעים ברשתית. ישנם שני סוגים של תאים רגישים לאור ברשתית - מוטות וחרוטים. קונוסים אחראים על תפיסת הצבע (מה שנקרא ראיית יום), ומוטות מאפשרים לנו לראות גוונים של אפור באור נמוך – למשל בלילה (ראיית לילה).
לעין האנושית יש שלושה סוגים של קונוסים ומספר מקביל של סוגי אופסינים, שכל אחד מהם רגיש במיוחד לפוטונים בעלי טווח מסוים של אורכי גל אור.
קונוסים מסוג S רגישים לחלק הסגול-כחול, קצר באורך הגל של הספקטרום הנראה; קונוסים מסוג M אחראים על ירוק-צהוב (אורך גל בינוני), ועל קונוסים מסוג L אחראים על צהוב-אדום (אורך גל ארוך).
כל הגלים הללו, כמו גם השילובים שלהם, מאפשרים לנו לראות את מכלול הצבעים של הקשת. "כל מקורות האור הנראה של האדם, למעט חלק מהמלאכותיים (כגון פריזמה שבירה או לייזר), פולטים תערובת של אורכי גל באורכי גל שונים", אומר לנדי.
מכל הפוטונים הקיימים בטבע, הקונוסים שלנו מסוגלים לזהות רק את אלו המאופיינים באורכי גל בטווח צר מאוד (בדרך כלל בין 380 ל-720 ננומטר) – זה נקרא ספקטרום הקרינה הנראית לעין. מתחת לטווח זה נמצאים ספקטרום האינפרא אדום והרדיו - אורכי הגל של הפוטונים דלי האנרגיה של האחרונים משתנים בין מילימטרים למספר קילומטרים.
בצד השני של טווח אורכי הגל הנראה נמצא הספקטרום האולטרה-סגול, ואחריו קרני רנטגן, ולאחר מכן ספקטרום קרני הגמא עם פוטונים שאורך הגל שלהם נמוך מטריליון המטר.
למרות שלרובנו יש ראייה מוגבלת בספקטרום הנראה, אנשים עם אפאקיה - היעדר העדשה בעין (כתוצאה מניתוח קטרקט או, פחות שכיח, מום מולד) - מסוגלים לראות אורכי גל אולטרה סגול.
בעין בריאה העדשה חוסמת גלים אולטרה סגולים, אך בהיעדרה, אדם מסוגל לתפוס גלים באורך של עד כ-300 ננומטר כצבע כחול-לבן.
מחקר משנת 2014 מציין שבמובן מסוים כולנו יכולים לראות פוטונים אינפרא אדום. אם שני פוטונים כאלה פוגעים באותו תא רשתית כמעט בו-זמנית, האנרגיה שלהם יכולה להצטבר, ולהפוך גלים בלתי נראים של, למשל, 1000 ננומטר לאורך גל נראה של 500 ננומטר (רובנו תופסים גלים באורך זה כצבע ירוק קריר). .
כמה צבעים אנחנו רואים?
ישנם שלושה סוגי קונוסים בעין אנושית בריאה, שכל אחד מהם מסוגל להבחין בכ-100 גוונים שונים של צבע. מסיבה זו, רוב החוקרים מעריכים את מספר הצבעים שאנו יכולים להבחין בכמיליון. עם זאת, תפיסת הצבע היא מאוד סובייקטיבית ואינדיבידואלית.
ג'יימסון יודע על מה הוא מדבר. היא חוקרת את החזון של טטרכרומטים - אנשים בעלי יכולות על-אנושיות באמת להבחין בין צבעים. טטרכרומטיות היא נדירה ומופיעה ברוב המקרים אצל נשים. כתוצאה ממוטציה גנטית, יש להם סוג נוסף ורביעי של חרוטים, המאפשר להם, לפי הערכות גסות, לראות עד 100 מיליון צבעים. (לעיוורי צבעים, או דיכרומטים, יש רק שני סוגים של קונוסים - הם יכולים להבחין לא יותר מ-10,000 צבעים.)
כמה פוטונים אנחנו צריכים כדי לראות מקור אור?
באופן כללי, קונוסים דורשים הרבה יותר אור כדי לתפקד בצורה אופטימלית מאשר מוטות. מסיבה זו, באור נמוך, היכולת שלנו להבחין בין צבעים פוחתת, ומוטות נלקחים לעבודה, המספקים ראייה שחור ולבן.
בתנאי מעבדה אידיאליים, באזורים ברשתית שבהם רובם נעדרים מוטות, ניתן להפעיל קונוסים על ידי מספר פוטונים בלבד. עם זאת, השרביטים עושים עבודה טובה עוד יותר ברישום אפילו את האור העמום ביותר.
כפי שמראים ניסויים שנערכו לראשונה בשנות הארבעים של המאה הקודמת, מספיקה קוונטי אחד של אור כדי שהעיניים שלנו יראו אותו. "אדם יכול לראות פוטון בודד", אומר בריאן וונדל, פרופסור לפסיכולוגיה והנדסת חשמל באוניברסיטת סטנפורד, "זה פשוט לא הגיוני שהרשתית תהיה רגישה יותר".
ב-1941, חוקרים מאוניברסיטת קולומביה ערכו ניסוי - הם לקחו נבדקים לחדר חשוך ונתנו לעיניהם זמן מסוים להסתגל. למוטות נדרשות מספר דקות כדי להשיג רגישות מלאה; זו הסיבה שכאשר אנו מכבים את האורות בחדר, אנו מאבדים את היכולת לראות כל דבר לזמן מה.
לאחר מכן הופנה אור כחול-ירוק מהבהב אל פניהם של הנבדקים. בהסתברות גבוהה מהסיכוי הרגיל, משתתפי הניסוי תיעדו הבזק אור כאשר רק 54 פוטונים פגעו ברשתית.
לא כל הפוטונים המגיעים לרשתית מזוהים על ידי תאים רגישים לאור. בהתחשב בכך, מדענים הגיעו למסקנה שדי בחמישה פוטונים המפעילים חמישה מוטות שונים ברשתית כדי שאדם יראה הבזק.
החפצים הנראים הקטנים והרחוקים ביותר
העובדה הבאה עשויה להפתיע אתכם: היכולת שלנו לראות עצם אינה תלויה כלל בגודלו הפיזי או במרחקו, אלא בשאלה האם לפחות כמה פוטונים הנפלטים על ידו יפגעו ברשתית שלנו.
"הדבר היחיד שהעין צריכה כדי לראות משהו הוא כמות מסוימת של אור הנפלט או מוחזר מהאובייקט", אומר לנדי. "הכל מסתכם במספר הפוטונים שמגיעים לרשתית. לא משנה כמה קטן מקור האור, גם אם הוא קיים לשבריר שנייה, עדיין נוכל לראות אותו אם הוא פולט מספיק פוטונים".
ספרי פסיכולוגיה מכילים לעתים קרובות את ההצהרה שבלילה חשוך ללא עננים, ניתן לראות להבת נרות ממרחק של עד 48 ק"מ. במציאות, הרשתית שלנו מופגזת כל הזמן על ידי פוטונים, כך שקוונטה בודדת של אור הנפלטת ממרחק גדול פשוט אובדת על הרקע שלהם.
כדי לקבל מושג כמה רחוק אנחנו יכולים לראות, בואו נסתכל על שמי הלילה, מנוקדים בכוכבים. גודלם של הכוכבים עצום; רבים מאלה שאנו רואים בעין בלתי מזוינת מגיעים לקוטר של מיליוני קילומטרים.
עם זאת, אפילו הכוכבים הקרובים אלינו ביותר ממוקמים במרחק של למעלה מ-38 טריליון קילומטרים מכדור הארץ, כך שגודלם הנראה כה קטן עד שעינינו אינן מסוגלות להבחין ביניהם.
מצד שני, אנחנו עדיין צופים בכוכבים בצורה של מקורות אור נקודתיים בהירים, שכן הפוטונים הנפלטים על ידם מתגברים על המרחקים העצומים המפרידים בינינו ונוחתים על הרשתית שלנו.
כל הכוכבים הנראים בודדים בשמי הלילה נמצאים בגלקסיה שלנו, שביל החלב. העצם הרחוק ביותר מאיתנו שאדם יכול לראות בעין בלתי מזוינת נמצא מחוץ לשביל החלב והוא עצמו צביר כוכבים - זוהי ערפילית אנדרומדה, הממוקמת במרחק של 2.5 מיליון שנות אור, או 37 קווינטיליון ק"מ, מ השמש. (יש אנשים שטוענים שבלילות חשוכים במיוחד, הראייה החדה שלהם מאפשרת להם לראות את גלקסיית המשולש, הממוקמת במרחק של כ-3 מיליון שנות אור משם, אך השאירו את הטענה הזו למצפונם.)
ערפילית אנדרומדה מכילה טריליון כוכבים. בשל המרחק הרב, כל המאורות הללו מתמזגים עבורנו לכתם אור בקושי נראה. יתרה מכך, גודלה של ערפילית אנדרומדה הוא אדיר. אפילו במרחק עצום כזה, גודלו הזוויתי הוא פי שישה מקוטר הירח המלא. עם זאת, כל כך מעט פוטונים מגלקסיה זו מגיעים אלינו עד שהיא בקושי נראית בשמי הלילה.
מגבלת חדות הראייה
מדוע איננו מסוגלים לראות כוכבים בודדים בערפילית אנדרומדה? העובדה היא שלרזולוציה, או לחדות הראייה, יש מגבלות. (חדות ראייה מתייחסת ליכולת להבחין בין אלמנטים כגון נקודה או קו כעצמים נפרדים שאינם מתמזגים באובייקטים סמוכים או ברקע.)
למעשה, ניתן לתאר את חדות הראייה באותו אופן כמו הרזולוציה של צג מחשב – בגודל המינימלי של פיקסלים שאנו עדיין מסוגלים להבחין בהם כנקודות בודדות.
מגבלות בחדות הראייה תלויות במספר גורמים, כגון המרחק בין החרוטים והמוטות האישיים של הרשתית. תפקיד חשוב לא פחות ממלאים המאפיינים האופטיים של גלגל העין עצמו, שבגללם לא כל פוטון פוגע בתא הרגיש לאור.
בתיאוריה, מחקר מראה שחדות הראייה שלנו מוגבלת ליכולת להבחין בכ-120 פיקסלים לכל מעלה זוויתית (יחידת מדידה זוויתית).
המחשה מעשית של גבולות חדות הראייה האנושית יכולה להיות חפץ הממוקם באורך זרוע, בגודל של ציפורן, עם 60 קווים אופקיים ו-60 קווים אנכיים של צבעים חלופיים לבנים ושחורים, היוצרים מראית עין של לוח שחמט. "כנראה, זוהי הדפוס הקטן ביותר שהעין האנושית עדיין יכולה להבחין בו", אומר לנדי.
הטבלאות המשמשות את רופאי העיניים לבדיקת חדות הראייה מבוססות על עיקרון זה. הטבלה המפורסמת ביותר ברוסיה, Sivtsev, מורכבת משורות של אותיות גדולות שחורות על רקע לבן, שגודל הגופן שלה הולך וקטן עם כל שורה.
חדות הראייה של אדם נקבעת על פי גודל הגופן שבו הוא מפסיק לראות בבירור את קווי המתאר של האותיות ומתחיל לבלבל אותם.
גבול חדות הראייה הוא שמסביר את העובדה שאיננו מסוגלים לראות בעין בלתי מזוינת תא ביולוגי, שמידותיו מיקרומטרים בודדים בלבד.
אבל אין צורך להתאבל על זה. היכולת להבחין במיליון צבעים, ללכוד פוטונים בודדים ולראות גלקסיות במרחק של כמה קווינטיליונים קילומטרים היא תוצאה טובה למדי, בהתחשב בכך שהראייה שלנו מסופקת על ידי זוג כדורים דמויי ג'לי בארובות העיניים, המחוברות למסה נקבובית של 1.5 ק"ג. בגולגולת.
