На сколько далеко может видеть человеческий глаз. Наблюдение и видимость

II. УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ НАБЛЮДЕНИЯ ДАЛЕКИХ ПРЕДМЕТОВ

Кругозор места наблюдения

Обозревать далеко расположенную местность можно не с каждого пункта. Очень часто окружающие нас близкие предметы (дома, деревья, холмы) заслоняют собой горизонт.
Часть территории, которую можно просматривать с какого-нибудь места, принято называть кругозором этого пункта. Если близкие предметы загораживают горизонт и поэтому вдаль смотреть нельзя, то говорят, что кругозор очень мал. В некоторых случаях, как, например, в лесу, в густом кустарнике, среди тесно расположенных построек, кругозор может ограничиваться немногими десятками метров.
Для наблюдения за противником чаще всего нужно смотреть вдаль, и поэтому для наблюдательных пунктов (НП) стараются выбирать пункты с хорошим, широким кругозором.
Чтобы окружающие предметы не мешали видеть, нужно расположиться выше их. Поэтому открытым кругозором чаще всего отличаются позиции, расположенные достаточно высоко. Если какой-нибудь пункт находится выше других, то говорят, что он "командует" над ними. Таким образом, хороший кругозор во все стороны может быть достигнут тогда, когда пункт наблюдения находится в точке, которая командует над окружающей местностью (рис. 3).

Вершины гор, холмов и других возвышенностей являются пунктами, с которых обычно открывается широкий вид на окружающую низменность. На равнине, где местность плоская, наилучший кругозор получается при подъеме на искусственные сооружения и постройки. С крыши высокого дома, с вышки завода, с колокольни почти всегда можно обозревать очень далекие части ландшафта. Если нет подходящих построек, то иногда сооружают специальные наблюдательные вышки.
Еще в глубокую старину на вершинах холмов и крутых обрывах воздвигали специальные дозорные башни и с них следили за окрестностью, чтобы заблаговременно заметить приближение неприятельского войска и не быть застигнутыми врасплох. Отчасти с этой же целью сооружались башни в старинных крепостях и замках. В древней Руси дозорными вышками служили колокольни церквей, в Средней Азии - минареты мечетей.
В наше время специальные вышки для наблюдения очень распространены. Часто среди лесов и полей нашей страны попадаются бревенчатые вышки, или "маяки". Это либо геодезические "сигналы", с которых ведут наблюдения при съемке местности, либо посты пожарной лесной охраны, с которых в засуху следят за лесом и замечают возникающие лесные пожары.
Высота всяких наземных сооружений, естественно, ограничена. Чтобы подняться над землей еще выше и этим еще больше расширить свой кругозор, пользуются летательными средствами. Уже в годы первой мировой войны для наблюдения широко применяли привязные змейковые аэростаты (так называемые "колбасы"). В корзине аэростата сидел наблюдатель, который мог подниматься на высоту 1000 м и более, часами оставаться в воздухе и следить за обширной территорией. Но аэростат слишком уязвимая цель для противника: его легко сбить как с земли, так и с воздуха. Поэтому наилучшим средством для проведения разведки следует считать самолет. Способный подниматься на большую высоту, двигаться с большой скоростью над территорией противника, уходить от преследования и активно отражать нападение неприятельских воздушных сил, он позволяет не только вести наблюдение над своей территорией, но и производить во время войны глубокую разведку в тылу неприятеля. При этом визуальное наблюдение часто дополняется фотографированием изучаемой местности, так называемой аэрофотосъемкой.

Дальность открытия

Пусть наблюдатель находится на совершенно открытом и ровном месте, например, на берегу моря или в степи. Поблизости никаких крупных предметов нет, горизонт ничем не загорожен. Какое пространство сможет обозревать наблюдатель в этом случае? Где и чем будет ограничен его кругозор?
Каждому известно, что в этом случае границей кругозора будет линия горизонта, т. е. та черта, на которой небо как будто сходится с землей.
Что же представляет собой этот горизонт? Здесь надо вспомнить уроки географии. Земля кругла, и поэтому ее поверхность везде выпуклая. Вот эта кривизна, эта выпуклость поверхности Земли и ограничивает кругозор на открытом месте.
Пусть наблюдатель стоит в точке Н (рис. 4). Проведем линию НГ, которая касается шаровидной поверхности земли в точке Г. Очевидно, что та часть земли, которая к наблюдателю ближе, чем Г, будет видна; что же касается земной поверхности, лежащей дальше Г, например, точка В, то ее видно не будет: ее загородит выпуклость земли между Я и В. Проведем круг через точку Г с центром у подножия наблюдателя. По этому кругу для наблюдателя и лежит его видимый горизонт, т. е. граница земли и неба. Заметьте, что от наблюдателя этот горизонт виден не на перпендикуляре к отвесу, а несколько книзу.

Из чертежа легко понять, что чем выше поднимается наблюдатель над поверхностью земли, тем дальше от него отодвинется точка касания Г и, следовательно, тем шире будет его кругозор. Например, если наблюдатель спустится с верхушки башни Н на нижнюю площадку, то он сможет видеть землю только до точки, которая гораздо ближе точки Г.
Значит, даже и тогда, когда ничто не заслоняет горизонта, подъем кверху расширяет кругозор и позволяет видеть дальше. Следовательно, и в совсем открытых местах выгодно выбирать для пункта наблюдения возможно более высокую точку. Математическое изучение вопроса показывает 1: для того, чтобы горизонт расширился в два раза, надо подняться на высоту в 2х2=4 раза большую; чтобы расширить горизонт в три раза, в 3х3=9 раз большую и т. д. Иначе говоря, чтобы горизонт отодвинулся в N раз дальше, надо подняться в N 2 раз выше.

В таблице 1 дается расстояние видимого горизонта от пункта наблюдения при подъемах наблюдателя на разные высоты. Приведенные здесь цифры - это граница, до которой можно обозревать самую поверхность земли. Если же речь идет о наблюдении высокого предмета, как, например, мачты корабля К, изображенной на рис. 4, то она будет видна значительно дальше, так как ее верхушка будет выдаваться над линией видимого горизонта.

Расстояние, начиная с которого какой-нибудь предмет, например, гора, башня, маяк, корабль, становится видимым из-за горизонта, называется дальностью открытия . (Иногда его называют также "дальностью видимости", но это неудобно и может повести к путанице, так как дальностью видимости принято называть расстояние, на котором предмет становится видимым в тумане.) Это тот предел, дальше которого увидеть этот предмет с данного пункта нельзя ни при каких условиях.
Дальность открытия имеет большое практическое значение, особенно в море. Ее легко рассчитывать, пользуясь таблицей дальности горизонта. Дело в том, что дальность открытия равна дальности горизонта для пункта наблюдения плюс дальность открытия для верхушки наблюдаемого предмета.

Приведем пример такого расчета. Наблюдатель стоит на прибрежном обрыве на высоте 100 м над уровнем моря и ожидает появления из-за горизонта корабля, мачты которого имеют высоту 15 м. На какое расстояние должен подойти корабль, чтобы наблюдатель мог его заметить? По таблице дальность горизонта для пункта наблюдения будет 38 км, а для мачты корабля - 15 км. Дальность открытия равна сумме этих чисел: 38+15=53. Значит, мачта корабля появится на горизонте, когда корабль подойдет к пункту наблюдения на 53 км.

Кажущиеся размеры предметов

Если понемногу удаляться от какого-нибудь предмета, то видимость его будет постепенно ухудшаться, различные детали будут пропадать одна за другой, и рассматривать объект будет все труднее и труднее. Если предмет мал, то на известном расстоянии его совсем нельзя будет различить, даже в том случае, если его ничто не загораживает и воздух совершенно прозрачен.
Например, с расстояния в 2 м можно разглядеть малейшие морщинки на лице человека, которых с расстояния в 10 м уже не видно. На расстоянии 50-100 м человека не всегда можно узнать, при удалении на 1000 м трудно определить его пол, возраст и форму одежды; с расстояния 5 км его вообще не увидишь. Рассматривать предмет издалека трудно вследствие того, что чем дальше предмет, тем меньше его видимые, кажущиеся размеры.
Проведем из глаза наблюдателя две прямые линии к краям предмета (рис. 5). Составленный ими угол называется угловым поперечником предмета . Его выражают в обычных для угла мерах - градусах (°), минутах (") или секундах (") и их десятых.

Чем дальше предмет, тем меньше его угловой поперечник. Для того, чтобы найти угловой поперечник предмета, выраженный в градусах, надо взять его действительный, или линейный, поперечник и разделить на расстояние, выраженное в тех же мерах длины, а то, что получится, умножить на число 57,3. Таким образом:

Чтобы получить угловой размер в минутах, надо вместо 57,3 взять множитель 3438, а если надо получить секунды, то - 206265.
Приведем пример. Солдат имеет рост 162 см. Под каким углом будет видна его фигура с расстояния в 2 км? Замечая, что 2 км составляют -200000 см, вычисляем:

В таблице 2 даются угловые размеры предмета в зависимости от его линейных размеров и расстояния.

Острота зрения

Способность видеть далекие предметы у разных людей не одинакова. Один прекрасно видит мельчайшие детали удаленной части ландшафта, другой плохо различает подробности даже сравнительно близко расположенных предметов.
Способность зрения различать тонкие, мелкие по угловым размерам детали называется остротой зрения , или разрешающей способностью . Для людей, которым по роду своей деятельности приходится следить за удаленными частями ландшафта, например для летчиков, моряков, шоферов, паровозных машинистов, острое зрение совершенно необходимо. На войне оно является ценнейшим качеством каждого солдата. Человек с плохим зрением не может хорошо целиться, вести наблюдение за удаленным противником, он плох в разведке.
Как же измерить остроту зрения? Для этого разработаны весьма точные приемы.
Нарисуем на белом картоне два черных квадрата с узким белым промежутком между ними и хорошо осветим этот картон. Вблизи ясно видны и квадраты и этот промежуток. Если начать постепенно отходить от рисунка, то угол, под которым виден промежуток между квадратами, будет уменьшаться, и различать рисунок будет все труднее и труднее. При достаточном удалении белая полоса между черными квадратами совсем исчезнет, и наблюдатель вместо двух отдельных квадратов увидит одну черную точку на белом фоне. Человек с острым зрением может заметить два квадрата с большего расстояния, чем тот, у кого зрение менее острое. Поэтому угловая ширина промежутка, начиная с которой квадраты видны раздельно, может служить мерой остроты.
Найдено, что для человека с нормальным зрением; наименьшая ширина промежутка, при которой два черных изображения видны раздельно, составляет 1". Острота такого зрения принимается за единицу. Если удается увидеть как раздельные изображения при промежутке между ними в 0",5, то острота будет 2; если же объекты разделяются лишь при ширине промежутка в 2", то острота будет 1/2 и т. д. Таким образом, для того, чтобы измерить остроту зрения, надо найти наименьшую угловую ширину промежутка, при которой два изображения видны как раздельные, и на нее разделить единицу:

Для испытания остроты зрения применяют рисунки разного очертания. Читатель, вероятно, знает таблицы с буквами разной величины, которыми проверяют зрение врачи-глазники (окулисты). На такой таблице нормальный глаз с остротой, равной единице, разбирает буквы, толщина черных линий которых равна 1". Более острый глаз может разбирать буквы и мельче, менее острый - лишь те буквы, которые крупнее. Разные буквы имеют неодинаковые очертания, и поэтому некоторые из них разбирать легче, а другие труднее. Этот недостаток устраняется, если пользоваться специальными "пробами", где наблюдателю показывают одинаковые фигуры, повернутые различным образом. Некоторые из таких проб изображены на рис. 6.

Рис. 6. Образцы фигур для испытания остроты зрения.
Слева - две черные полосы, наблюдается исчезновение белого промежутка между ними. Посредине - кольцо с разрывом, направление этого разрыва должен указать испытуемый. Справа - в виде буквы Е, поворот которой указывает наблюдатель.

Близорукость и дальнозоркость

По своему устройству глаз очень похож на фотографический аппарат. Он тоже представляет собой камеру, правда, круглой формы, на дне которой получается изображение наблюдаемых предметов (рис. 7). Изнутри глазное яблоко устлано особой тонкой пленкой, или кожицей, называемой сетчатой оболочкой , или ретиной . Она вся усеяна громадным количеством очень мелких телец, каждое из которых соединено тонкой ниточкой нерва с центральным зрительным нервом и далее с мозгом. Одни из этих телец короткие и называются колбочками , другие же, продолговатые, называются палочками . Колбочки и палочки представляют собой орган нашего тела, воспринимающий свет; в них под действием лучей получается особое раздражение, которое по нервам, как по проводам, передается в мозг и воспринимается сознанием, как ощущение света.
Световая картина, воспринимаемая нашим зрением, составляется из множества отдельных точек - раздражений колбочек и палочек. В этом глаз тоже похож на фотографию: там изображение на снимке тоже слагается из множества мельчайших черных точек - зерен серебра.
Роль объектива для глаза играет отчасти студенистая жидкость, наполняющая глазное яблоко, отчасти прозрачное тело, расположенное непосредственно за зрачком и называемое хрусталиком . По своей форме хрусталик напоминает двояковыпуклое стекло, или линзу, но от стекла отличается тем, что состоит из мягкого и упругого вещества, отдаленно напоминающего студень.
Для того, чтобы получить хороший, отчетливый снимок, фотографический аппарат надо сначала "навести на фокус". Для этого заднюю рамку, которая несет фотографическую пластинку, передвигают взад и вперед, пока не найдут такое расстояние от объектива, на котором изображение на матовом стекле, вставленном в рамку, будет наиболее отчетливым. Глаз не может раздвигаться и сдвигаться, а потому задняя стенка глазного яблока не может приближаться или удаляться от хрусталика. Между тем, для разглядывания далеких и близких предметов фокусировка должна быть разная. В глазу это достигается изменением формы хрусталика. Он заключен в особую кольцевую мышцу. Когда мы разглядываем близкие предметы, то эта мышца сжимается и надавливает на хрусталик, который от этого выпячивается, становится более выпуклым, и поэтому фокус его делается короче. Когда взор переводится на далекие предметы, то мышца ослабляется, хрусталик растягивается, становится более плоским и длиннофокусным. Этот процесс, который происходит непроизвольно, называется аккомодацией .
Нормальный здоровый глаз устроен так, что благодаря аккомодации он может с полной резкостью видеть предметы, начиная с расстояния в 15-20 см и до сильно удаленных, какими можно считать Луну, звезды и другие небесные светила.
У некоторых людей глаз имеет неправильное строение. Задняя стенка глазного яблока, на которой должно получаться резкое изображение разглядываемого предмета, расположена от хрусталика либо ближе, чем следует, либо слишком далеко.
Если внутренняя поверхность глаза чересчур сдвинута вперед, то как бы хрусталик ни напрягался, изображение близких предметов получается за нею, и поэтому на светочувствительной поверхности глаза изображение выйдет неясным, размытым. Такой глаз видит близкие предметы размазанными, расплывчатыми, - недостаток зрения, называемый дальнозоркостью . Человеку, страдающему таким недостатком, трудно читать, писать, разбираться в мелких предметах, хотя вдаль он видит отлично. Для устранения затруднений, связанных с дальнозоркостью, приходится надевать очки с выпуклыми стеклами. Если к хрусталику и другим оптическим частям глаза добавить выпуклое стекло, то фокусное расстояние делается короче. От этого изображение рассматриваемых предметов приближается к хрусталику и попадает на сетчатую оболочку.
Если сетчатая оболочка расположена от хрусталика дальше, чем полагается, то изображения далеких предметов получаются перед ней, а не на ней. Глаз, страдающий таким недостатком, видит далекие предметы очень неясно и размыто. Против такого недостатка, называемого близорукостью , помогают очки с вогнутыми стеклами. При таких стеклах фокусное расстояние становится длиннее, и изображение далеких предметов, отодвигаясь от хрусталика, попадает на сетчатую оболочку.

Оптические приборы для наблюдения на далекие расстояния

Если предмет виден плохо из-за того, что его угловые размеры слишком малы, то его можно рассмотреть лучше, приблизившись к нему. Очень часто сделать это невозможно, тогда остается только одно: рассматривать предмет через такой оптический прибор, который показывает его в увеличенном виде. Прибор, позволяющий успешно наблюдать далекие предметы, изобрели давно, более трехсот лет назад. Это - зрительная труба, или телескоп.
Всякая зрительная труба в основном состоит из двух частей: из большого двояковыпуклого стекла (линзы) на переднем, обращенном к предмету конце (рис. 8), которое называется объективом , и второго, меньшего по размерам, двояковыпуклого стекла, к которому прикладывают глаз и которое называется окуляром . Если труба направлена на сильно удаленный предмет, например, на далекий фонарь, то лучи подходят к объективу параллельным пучком. При прохождении через объектив они преломляются, после чего сходятся конусом, и в точке их пересечения, называемой фокусом , получается изображение фонаря в виде светлой точки. Это изображение разглядывают через окуляр, действующий наподобие лупы, вследствие чего оно сильно увеличивается и кажется гораздо больше.
В современных телескопах объектив и окуляр составляют из нескольких стекол различной выпуклости, чем достигаются гораздо более четкие и резкие изображения. Кроме того, в трубе, устроенной так, как это показано на рис. 8, все предметы будут видны в перевернутом виде. Видеть людей, бегущих головой вниз по висящей вверху над небом земле, нам было бы непривычно и неудобно, а поэтому в трубы, предназначенные для наблюдений за земными предметами, вставляются особые дополнительные стекла, или призмы, которые поворачивают изображение в нормальное положение.

Прямое назначение зрительной трубы - показывать удаленный предмет в увеличенном виде. Телескоп увеличивает угловые размеры и этим как бы приближает предмет к наблюдателю. Если труба увеличивает в 10 раз, то это значит, что предмет на расстоянии в 10 км будет виден под таким же углом, под каким невооруженным глазом он виден с расстояния 1 км. Астрономы, которым приходится наблюдать очень удаленные объекты - Луну, планеты, звезды, применяют огромные телескопы, диаметр которых равен 1 м и более, а длина доходит до 10-20 м. Такой телескоп может дать увеличение более чем в 1000 раз. Для рассматривания земных предметов столь сильное увеличение в большинстве случаев совершенно бесполезно.
В армии основным прибором для наблюдения считается полевой бинокль . Бинокль - это два маленьких телескопа, скрепленных вместе (рис. 9). Он позволяет смотреть двумя глазами сразу, что, конечно, гораздо удобнее, чем наблюдение одним глазом при одиночной зрительной трубе. В каждой половинке бинокля, как и во всяком телескопе, есть переднее стекло - объектив - и задние стекла, составляющие окуляр. Между ними расположена коробка, заключающая призмы, посредством которых поворачивается изображение. Бинокль такого устройства называется призматическим .
Наиболее распространенный тип призматического бинокля - шестикратный, т. е. дающий увеличение в 6 раз. Применяются также бинокли с увеличением в 4, 8 и 10 раз.

Помимо биноклей, в военном деле в некоторых случаях применяются зрительные трубы с увеличением от 10 до 50 раз, а кроме того, перископы .
Перископ - это сравнительно длинная труба, которая предназначена для наблюдений из-за укрытия (рис. 10). Солдат, ведущий наблюдение перископом, сам остается в окопе, выставляя наружу лишь верхнюю часть прибора, несущую объектив. Это не только предохраняет наблюдателя от огня противника, но и облегчает маскировку, поскольку маленький кончик трубы замаскировать гораздо легче, чем всю фигуру человека. Длинные перископы применяются на подводных лодках. Когда нужно вести наблюдение скрытно от противника, лодка остается под водой, выставляя над поверхностью моря лишь едва заметный конец перископа.
У читателя может возникнуть вопрос, почему в военном деле применяются только приборы со сравнительно слабым увеличением, не превосходящим 15-20-кратное? Ведь не трудно сделать телескоп с увеличением в 100-200 раз и даже больше.
Есть ряд причин, затрудняющих в походе применение зрительных труб с большим увеличением. Во-первых, чем сильнее увеличение, тем меньше поле зрения прибора, т.е. тот участок панорамы, который в нем виден. Во-вторых, при сильном увеличении всякая тряска, дрожание трубы затрудняют наблюдение; поэтому телескоп с сильным увеличением нельзя держать в руках, а надо класть на специальную подставку, устроенную так, что трубу можно легко и плавно поворачивать в разные стороны. Но самым главным препятствием является атмосфера. Воздух у земной поверхности никогда не бывает спокоен: он колеблется, волнуется, дрожит. Сквозь этот движущийся воздух мы и смотрим на далекие части ландшафта. От этого изображения далеких предметов портятся: форма предметов искажается, неподвижный в действительности объект все время шевелится и меняет свои очертания, так что разобрать его детали нет никакой возможности. Чем больше увеличение, тем сильнее все эти помехи, тем заметнее искажения, вызванные колебаниями воздуха. Это приводит к тому, что применение чрезмерно сильно, увеличивающих приборов при наблюдении вдоль земной поверхности оказывается бесполезным.

Поверхность Земли ограничивает наше зрение расстояние в 3,1 мили или 5 километрами. Однако острота нашего зрения уходит далеко за горизонт. Если бы Земля была плоской, или вы бы стояли на вершине горы, обладая более широким горизонтом нежели в обычной жизни, вы мы могли видеть удаленные предметы на расстоянии в десятки километров. Темной ночью, вы могли бы различить даже горение свечи на расстоянии в 50 км.

То, насколько далеко может видеть человеческий глаз, зависит от того, насколько много частичек света, или как их еще называют фотонов, испускает удаленный объект. Самым удаленным от Земли объектом, который мы можем видеть невооруженным глазом является галактика Андромеда, расположенная на невообразимом расстоянии в 2,6 миллиона световых лет от Земли. Вместе, 1 триллион звезд данной галактики испускают столько света, что его достаточно для того чтобы покрыть каждый квадратный сантиметр нашей планеты несколькими тысячами фотонов в секунду. Темной ночью, столь яркое свечение особенно отчетливо видно нашему взгляду, устремленному в бесконечное небо.

В 1941 году, ученый-оптик Селиг Хехт и его коллеги из Колумбийского университета сделали открытие, которое до сих пор считается наиболее надежным способом измерения «абсолютного порога» человеческого зрения - минимальное количество фотонов, требуемых нашей сетчатке для уверенного визуального восприятия. Эксперимент, испытывающий границы нашего зрения, проводился в идеальных условиях: глазам добровольцев дали достаточное количество времени для того, чтобы адаптироваться к кромешной темноте, длина пучка сине-зеленой световой волны (к которой наши глаза наиболее чувствительны) составляла 510 нанометров, свет был направлен на периферию нашей сетчатки, области глаза, который наиболее насыщен светочувствительными клетками.

Ученые определили, что для того, чтобы глаз участника эксперимента уловил подобный пучок света, его мощность должна составлять от 54 до 148 фотонов. Основываясь на измерение величины поглощения света сетчаткой, ученые вычислили, что 10 фотонов были поглощены зрительными палочками. Итак, поглощение от 5 до 14 фотонов, или задействование от 5 до 14 зрительных палочек, уже говорит вашему мозгу о том, что вы что-то видите.

«Это достаточно малое количество химических реакций», заключили Хехт и его коллеги в своей научной работе по предмету исследования.

Учитывая величину абсолютного порога визуального восприятия, и мере угасания света, испускаемого предметом, ученые заключили, что свет горящей свечи, при идеальных условиях, может быть заметен человеческому глазу на расстоянии в 50 км.

Но насколько далеко мы можем видеть объект, если он намного больше, нежели просто мерцание света. Для того чтобы наш глаз мог различить пространственный, а не просто точечный предмет, свет, испускаемый им, должен стимулировать по крайне мере две прилегающие конусные клетки - именно они ответственны за цветопередачу. При идеальных условиях, объект должен быть виден при угле в 1 минуту, или 1/16 градуса, с тем, чтобы конусные клетки могли его заметить (Это значение угла верно вне зависимости от того, на каком удалении находится сам объект. Удаленные объекты должны быть намного больше, чтобы быть видны также, как и близкие предметы).

Угловое значение полной Луны равно 30 минутам, в то время как Венера, со значением в 1 минуту, едва уловима.

Привычные человеческому восприятию объекты видны на расстоянии около 3 км. Например, на этой дистанции, мы едва сможем различить свет фар автомобиля.

Поверхность Земли в поле вашего зрения начинает искривляться примерно на расстоянии 5 км. Но острота человеческого зрения позволяет видеть гораздо дальше горизонта. Если бы не было искривления, вы смогли бы разглядеть пламя свечи в 50 км от вас.

Дальность видения зависит от количества фотонов, испускаемых удалённым объектом. 1 000 000 000 000 звёзд этой галактики коллективно излучают достаточно света для того, чтобы несколько тысяч фотонов достигало каждого кв. см Земли. Этого хватает чтобы возбудить сетчатку человеческого глаза.

Так как, находясь на Земле, проверить остроту человеческого зрения невозможно, учёные прибегли к математическим расчётам. Они выяснили, что для того, чтобы увидеть мерцающий свет, нужно, чтобы на сетчатку попало от 5 до 14 фотонов. Пламя свечи на расстоянии 50 км, учитывая рассеивание света, даёт это количество, и мозг распознаёт слабое свечение.

Как узнать кое-что личное о собеседнике по его внешнему виду

Секреты «сов», о которых не знают «жаворонки»

Как работает «мозгопочта» - передача сообщений от мозга к мозгу через интернет

Зачем нужна скука?

«Человек-магнит»: Как стать харизматичнее и притягивать к себе людей

25 цитат, которые разбудят вашего внутреннего борца

Как развить уверенность в себе

Можно ли «очистить организм от токсинов»?

5 причин, по которым люди всегда будут винить в преступлении жертву, а не преступника

Эксперимент: мужчина пьёт по 10 банок колы в день, чтобы доказать её вред

Зрение является каналом, посредством которого человек получает примерно 70% всех данных о мире, который его окружает. И возможно это только по той причине, что именно зрение человека представляет собой одну из самых сложных и поражающих воображение зрительных систем на нашей планете. Если бы не было зрения, все мы, скорее всего, просто жили бы в темноте.

Человеческий глаз обладает совершенным строением и обеспечивает зрение не только в цвете, но также в трёх измерениях и с высочайшей резкостью. Он обладает способностью моментально менять фокус на самые разные расстояния, осуществлять регуляцию объёма поступающего света, различать между собой огромное количество цветов и ещё большее количество оттенков, производить коррекцию сферических и хроматических аберраций и т.д. С мозгом глаз связывают шесть уровней сетчатки, в которых ещё перед тем, как информация будет отправлена в мозг, данные проходят через этап компрессии.

Но как же устроено наше с вами зрение? Как посредством усиления цвета, отражённого от предметов, мы трансформируем его в изображение? Если подумать об этом серьёзно, можно сделать вывод, что устройство зрительной системы человека до мельчайших подробностей «продумано» создавшей его Природой. Если же вы предпочитаете верить в то, что за создание человека ответственен Создатель или некая Высшая Сила, то эту заслугу можете приписать им. Но давайте не будем разбираться в , а продолжим разговор об устройстве зрения.

Огромное количество деталей

Строение глаза и его физиологию можно без обиняков назвать действительно идеальными. Подумайте сами: оба глаза находятся в костных впадинах черепа, которые защищают их от всевозможных повреждений, однако выступают из них они именно так, чтобы обеспечивался максимально широкий горизонтальный обзор.

Расстояние, на котором глаза находятся друг от друга, обеспечивает пространственную глубину. А сами глазные яблоки, как доподлинно известно, обладают шарообразной формой, благодаря чему способны вращаться в четырёх направлениях: влево, вправо, вверх и вниз. Но каждый из нас воспринимает всё это, как само собой разумеющееся - мало кому приходит в голову представить, что было бы, если бы наши глаза были квадратными или треугольными или их движение было бы хаотичным - это бы сделало зрение ограниченным, сумбурным и малоэффективным.

Итак, устройство глаза предельно сложно, но как раз это и делает возможным работу примерно четырёх десятков его различных составляющих. И даже если бы не было хоть одного из этих элементов, процесс зрения перестал бы осуществляться так, как ему следует осуществляться.

Чтобы убедиться в том, насколько сложно устроен глаз, предлагаем вам обратить своё внимание на рисунок ниже.

Давайте же поговорим о том, как реализуется на практике процесс зрительного восприятия, какие элементы зрительной системы в этом участвуют, и за что каждый из них отвечает.

Прохождение света

По мере приближения света к глазу световые лучи сталкиваются с роговицей (иначе её называют роговой оболочкой). Прозрачность роговицы позволяет свету проходить сквозь неё во внутреннюю поверхность глаза. Прозрачность, кстати, является важнейшей характеристикой роговицы, и прозрачной она остаётся по причине того, что особый протеин, который в ней содержится, сдерживает развитие кровеносных сосудов - процесс, происходящий практически в каждой из тканей человеческого тела. В том случае если бы роговица прозрачной не была, остальные компоненты зрительной системы не имели бы никакого значения.

Помимо прочего, роговица не даёт попадать во внутренние полости глаза сору, пыли и каким-либо химическим элементам. А кривизна роговой оболочки позволяет ей преломлять свет и помогать хрусталику фокусировать световые лучи на сетчатке.

После того как свет прошёл сквозь роговицу, он проходит через маленькое отверстие, расположенное посередине радужки глаза. Радужка же представляет собой круглую диафрагму, которая находится перед хрусталиком сразу за роговицей. Радужка также является тем элементом, который придаёт глазу цвет, а цвет зависит от преобладающего в радужке пигмента. Центральное отверстие в радужке - это и есть знакомый каждому из нас зрачок. Размер этого отверстия имеет возможность изменяться, чтобы контролировать количество поступающего в глаз света.

Размер зрачка изменятся непосредственно радужкой, а обусловлено это её уникальнейшим строением, ведь состоит она из двух различных видов мышечных тканей (даже здесь есть мышцы!). Первая мышца является круговой сжимающей - она располагается в радужке кругообразно. Когда свет яркий, происходит её сокращение, вследствие чего зрачок сокращается, как бы втягиваясь мышцей внутрь. Вторая мышца является расширяющей - она расположена радиально, т.е. по радиусу радужки, что можно сравнить со спицами в колесе. При тёмном освещении происходит сокращение этой второй мышцы, и радужка раскрывает зрачок.

Многие до сих пор испытывают некоторые затруднения, когда пытаются объяснить, каким же всё-таки образом происходит формирование вышеназванных элементов зрительной системы человека, ведь в любой другой промежуточной форме, т.е. на каком-либо эволюционном этапе работать они просто не смогли бы, но человек видит с самого начала своего существования. Загадка…

Фокусировка

Минуя названные выше этапы, свет начинает проходить через хрусталик, находящийся за радужкой. Хрусталик является оптическим элементом, имеющим форму выпуклого продолговатого шара. Хрусталик абсолютно гладок и прозрачен, в нём нет кровеносных сосудов, а сам он расположен в эластичном мешочке.

Проходя сквозь хрусталик, свет преломляется, после чего происходит его фокусировка на ямке сетчатки - самом чувствительном месте, содержащем максимальное количество фоторецепторов.

Важно заметить, что уникальное строение и состав обеспечивают роговице и хрусталику большую силу преломления, гарантирующую короткое фокусное расстояние. И как же удивительно, что такая сложная система вмещается всего в одном глазном яблоке (подумайте только, как бы мог выглядеть человек, если бы для фокусировки световых лучей, идущих от предметов, требовался бы, например, метр!).

Не менее интересно и то, что совместная преломляющая сила этих двух элементов (роговицы и хрусталика) находится в прекрасном соотношении с глазным яблоком, а это можно смело назвать ещё одним доказательством того, что зрительная система создана просто непревзойдённо, т.к. процесс фокусирования слишком сложен, чтобы говорить о нём, как о чём-то, что произошло лишь благодаря пошаговым мутациям - эволюционным стадиям.

Если же речь идёт о предметах расположенных близко к глазу (как правило, близким считается расстояние менее 6 метров), то здесь всё ещё любопытнее, ведь в этой ситуации преломление световых лучей оказывается ещё более сильным. Обеспечивается же это увеличением кривизны хрусталика. Хрусталик соединён посредством цилиарных поясков с ресничной мышцей, которая, сокращаясь, даёт хрусталику возможность принимать более выпуклую форму, тем самым увеличивая свою преломляющую силу.

И здесь снова нельзя не упомянуть о сложнейшем строении хрусталика: составляют его множество ниточек, которые состоят из соединённых друг с другом клеточек, а тонкие пояски связывают его с цилиарным телом. Фокусировка осуществляется под контролем головного мозга крайне быстро и на полном «автомате» — осуществить такой процесс осознанно для человека невозможно.

Значение «фотоплёнки»

Результатом фокусировки становится сосредоточение изображения на сетчатке, представляющей собой многослойную ткань, чувствительную к свету, покрывающую заднюю часть глазного яблока. В сетчатке содержится примерно 137 000 000 фоторецепторов (для сравнения можно привести современные цифровые фотоаппараты, в которых подобных сенсорных элементов не более 10 000 000). Такое громадное количество фоторецепторов обусловлено тем, что расположены они крайне плотно - примерно 400 000 на 1 мм².

Здесь не будет лишним привести слова специалиста по микробиологии Алана Л. Гиллена, говорящего в своей книге «Тело по замыслу» о сетчатке глаза, как о шедевре инженерного проектирования. Он считает, что сетчатка является самым удивительным элементом глаза, сравнимым с фотоплёнкой. Светочувствительная сетчатка, расположенная на задней стороне глазного яблока, намного тоньше целлофана (её толщина составляет не более 0,2 мм) и гораздо чувствительнее, чем любая, созданная человеком фотоплёнка. Клетки этого уникального слоя способны обрабатывать до 10 миллиардов фотонов, в то время как самый чувствительный фотоаппарат способен обработать лишь несколько их тысяч. Но ещё удивительнее то, что человеческий глаз может улавливать единицы фотонов даже в темноте.

Всего сетчатку составляют 10 слоёв фоторецепторных клеток, 6 слоёв из которых являются слоями светочувствительных клеток. 2 вида фоторецепторов имеют особую форму, по причине чего их называют колбочками и палочками. Палочки крайне восприимчивы к свету и обеспечивают глазу чёрно-белое восприятие и ночное зрение. Колбочки, в свою очередь, не так восприимчивы к свету, но способны различать цвета - оптимальная работа колбочек отмечается в дневное время суток.

Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в комплексы электрических импульсов и посылаются в мозг на невероятно большой скорости, а сами эти импульсы за доли секунд преодолевают свыше миллиона нервных волокон.

Связь фоторецепторных клеток в сетчатке очень сложна. Колбочки и палочки никак напрямую с мозгом не связаны. Получив сигнал, они переадресовывают его биполярным клеткам, а те перенаправляют уже обработанные собою сигналы ганглиозным клеткам, более миллиона аксонов (нейритов, по которым передаются нервные импульсы) которых составляют единый зрительный нерв, по которому данные и поступают в мозг.

Два слоя промежуточных нейронов, до того как зрительные данные будут отправлены в мозг, способствуют параллельной обработке этой информации шестью уровнями восприятия, находящимися в сетчатке глаза. Необходимо это для того чтобы изображения распознавались как можно быстрее.

Восприятие мозга

После того как обработанная зрительная информация поступает в мозг, он начинает её сортировку, обработку и анализ, а также формирует цельное изображение из отдельных данных. Конечно же, о работе человеческого мозга ещё много чего неизвестно, однако даже того, что научный мир может предоставить сегодня, вполне достаточно, чтобы поразиться.

При помощи двух глаз формируются две «картинки» мира, который окружает человека - по одной на каждую сетчатку. Обе «картинки» передаются в мозг, и в действительности человек видит два изображения в одно и то же время. Но как?

А дело вот в чём: точка сетчатки одного глаза точно соответствует точке сетчатки другого, а это говорит о том, чтоб оба изображения, попадая в мозг, могут накладываться друг на друга и сочетаться вместе для получения единого изображения. Информация, полученная фоторецепторами каждого из глаз, сходится в зрительной коре головного мозга, где и появляется единое изображение.

По причине того, что у двух глаз может быть разная проекция, могут наблюдаться и некоторые несоответствия, однако мозг сопоставляет и соединяет изображения таким образом, что человек никаких несоответствий не ощущает. Мало того - эти несоответствия могут быть использованы с целью получения чувства пространственной глубины.

Как известно, из-за преломления света зрительные образы, поступающие в мозг, изначально являются очень маленькими и перевёрнутыми, однако «на выходе» мы получаем то изображение, которое привыкли видеть.

Помимо этого в сетчатке изображение делится мозгом надвое по вертикали - через линию, которая проходит через ямку сетчатки. Левые части изображений, полученных обоими глазами, перенаправляются в , а правые части - в левое. Так, каждое из полушарий смотрящего человека получает данные только от одной части того, что он видит. И снова - «на выходе» мы получаем цельное изображение без каких бы то ни было следов соединения.

Разделение изображений и крайне сложные оптические пути делают так, что мозг видит отдельно каждым из своих полушарий с использованием каждого из глаз. Это позволяет ускорить обработку потока входящей информации, а также обеспечивает зрение одним глазом, если вдруг человек по какой-либо причине перестаёт видеть другим.

Можно заключить, что мозг в процессе обработки зрительной информации убирает «слепые» пятна, искажения из-за микродвижений глаз, морганий, угла зрения и т.п., предлагая своему хозяину адекватное целостное изображение наблюдаемого.

Ещё одним из важных элементов зрительной системы является . Умалять значение этого вопроса никак нельзя, т.к. чтобы вообще иметь возможность использовать зрение должным образом мы должны уметь поворачивать глаза, поднимать их, опускать, короче говоря - двигать глазами.

Всего можно выделить 6 внешних мышц, которые соединяются с внешней поверхностью глазного яблока. К этим мышцам относятся 4 прямые (нижняя, верхняя, боковая и средняя) и 2 косые (нижняя и верхняя).

В тот момент, когда какая-либо из мышц сокращается, мышца, являющаяся для неё противоположной, расслабляется - это обеспечивает ровное движение глаз (в противном случае все движения глазами осуществлялись бы рывками).

При повороте двух глаз автоматически изменяется движение всех 12 мышц (по 6 мышц на каждый глаз). И примечательно то, что процесс этот является непрерывным и очень хорошо скоординированным.

По словам знаменитого офтальмолога Питера Джени, контроль и координация связи органов и тканей с центральной нервной системой посредством нервов (это называется иннервацией) всех 12 глазных мышц представляет собой один из очень сложных процессов, происходящих в мозге. Если же добавить к этому точность перенаправления взора, плавность и ровность движений, скорость, с которой может вращаться глаз (а она составляет в сумме до 700° в секунду), и соединить всё это, мы получим на самом деле феноменальную по части исполнения подвижную глазную систему. А то, что человек имеет два глаза, делает её ещё более сложной - при синхронном движении глаз необходима одинаковая мускульная иннервация.

Мышцы, которые вращают глаза, отличны от мышц скелета, т.к. их составляет множество всевозможных волокон, а контролируются они ещё большим числом нейронов, иначе точность движений стала бы невозможной. Данные мышцы можно назвать уникальными ещё и потому, что они способны быстро сокращаться и практически не устают.

Учитывая то, что глаз - это один из наиболее важных органов человеческого организма, он нуждается в непрерывном уходе. Именно для этого как раз и предусмотрена, если так можно назвать, «интегрированная система очистки», которая состоит из бровей, век, ресниц и слёзных желёз.

При помощи слёзных желёз регулярно производится липкая жидкость, с медленной скоростью движущаяся вниз по внешней поверхности глазного яблока. Эта жидкость смывает различный сор (пыль и т.п.) с роговицы, после чего входит во внутренний слёзный канал и затем стекает по носовому каналу, выводясь из организма.

В слезах содержится очень сильное антибактериальное вещество, уничтожающее вирусы и бактерии. Веки выполняют функцию стеклоочистителей - они очищают и увлажняют глаза благодаря непроизвольному морганию с интервалом в 10-15 секунд. Вместе с веками работают ещё и ресницы, предотвращая попадание в глаз любого сора, грязи, микробов и т.п.

Если бы веки не выполняли свою функцию, глаза человека постепенно бы засохли и покрылись рубцами. Если бы не было слёзного протока, глаза бы постоянно заливались слёзной жидкостью. Если бы человек не моргал, в его глаза попадал бы мусор, и он мог бы даже ослепнуть. Вся «очистительная система» должна включать в себя работу всех элементов без исключения, в противном случае она просто перестала бы функционировать.

Глаза как показатель состояния

Глаза человека способны передавать немало информации в процессе его взаимодействия с другими людьми и окружающим миром. Глаза могут излучать любовь, гореть от гнева, отражать радость, страх или беспокойство, или усталости. Глаза показывают, куда смотрит человек, заинтересован он в чём-либо или же нет.

Например, когда люди закатывают глаза, беседуя с кем-то, это можно расценивать совершенно иначе, нежели обычный взгляд, направленный вверх. Большие глаза у детей вызывают у окружающих восторг и умиление. А состояние зрачков отражает то состояние сознания, в котором в данный момент времени находится человек. Глаза - это показатель жизни и смерти, если уж говорить в глобальном смысле. Наверное, именно по этой причине их называют «зеркалом» души.

Вместо заключения

В этом уроке мы с вами рассмотрели устройство зрительной системы человека. Естественно, мы упустили немало деталей (сама по себе эта тема очень объёмна и вместить её в рамки одного урока проблематично), но всё же постарались донести материал так, чтобы вы имели чёткое представление о том, КАК видит человек.

Вы не могли не заметить, что как сложность, так и возможности глаза позволяют этому органу многократно превосходить даже самые современные технологии и научные разработки. Глаз является наглядной демонстрацией сложности инженерии в огромном количестве нюансов.

Но знать об устройстве зрения - это, конечно же, хорошо и полезно, однако наиболее важно знать о том, как зрение можно восстанавливать. Дело в том, что и образ жизни человека, и условия, в которых он живёт, и некоторые другие факторы (стрессы, генетика, вредные привычки, заболевания и многое другое) - всё это нередко способствует тому, что с годами зрение может ухудшаться, т.е. зрительная система начинает давать сбои.

Но ухудшение зрения в большинстве случаев не является необратимым процессом - зная определённые методики, данный процесс можно повернуть вспять, и сделать зрение, если уж и не таким, как у младенца (хотя иногда возможно и это), то хорошим настолько, насколько вообще это возможно для каждого отдельно взятого человека. Поэтому следующий урок нашего курса по развитию зрения будет посвящён методам восстановления зрения.

Зрите в корень!

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только 1 вариант. После выбора вами одного из вариантов, система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.