Κεφάλαιο VII. Πλοήγηση.
Η πλοήγηση είναι η βάση της επιστήμης της ναυσιπλοΐας. Η μέθοδος ναυσιπλοΐας είναι η πλοήγηση του πλοίου από το ένα μέρος στο άλλο με τον πιο συμφέροντα, συντομότερο και ασφαλέστερο τρόπο. Αυτή η μέθοδος λύνει δύο προβλήματα: πώς να κατευθύνετε το πλοίο κατά μήκος της επιλεγμένης διαδρομής και πώς να προσδιορίσετε τη θέση του στη θάλασσα από τα στοιχεία της κίνησης του πλοίου και τις παρατηρήσεις των παράκτιων αντικειμένων, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση στο πλοίο εξωτερικών δυνάμεων - ανέμου και ρεύμα.
Για να είστε σίγουροι για την ασφάλεια της κίνησης του σκάφους σας, πρέπει να γνωρίζετε τη θέση του σκάφους στον χάρτη, ο οποίος καθορίζει τη θέση του σε σχέση με τους κινδύνους σε μια δεδομένη περιοχή πλοήγησης.
Η πλοήγηση αναπτύσσει τα βασικά της πλοήγησης, μελετά:
Διαστάσεις και επιφάνεια της γης, μέθοδοι εικόνας η επιφάνεια της γηςστους χάρτες?
Τρόποι υπολογισμού και χάραξης της διαδρομής του σκάφους σε θαλάσσιους χάρτες.
Μέθοδοι για τον προσδιορισμό της θέσης ενός σκάφους στη θάλασσα από παράκτια αντικείμενα.
§ 19. Βασικές πληροφορίες για την πλοήγηση.
1. Βασικά σημεία, κύκλοι, ευθείες και επίπεδα
Η γη μας έχει σχήμα σφαιροειδούς με κύριο ημιάξονα Ο.Είσο με 6378 χλμ,και τον ελάσσονα ημιάξονα Ή 6356 χλμ(Εικ. 37).
Ρύζι. 37.Προσδιορισμός των συντεταγμένων ενός σημείου στην επιφάνεια της γης
Στην πράξη, με κάποια υπόθεση, η γη μπορεί να θεωρηθεί μια μπάλα που περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα που καταλαμβάνει μια συγκεκριμένη θέση στο διάστημα.
Για να προσδιορίσετε σημεία στην επιφάνεια της γης, συνηθίζεται να τη χωρίζετε νοερά σε κάθετα και οριζόντια επίπεδα που σχηματίζουν γραμμές με την επιφάνεια της γης - μεσημβρινούς και παράλληλα. Τα άκρα του νοητού άξονα περιστροφής της γης ονομάζονται πόλοι - βόρειοι, ή σκανδιναβικοί, και νότιοι, ή νότιοι.
Οι μεσημβρινοί είναι μεγάλοι κύκλοι που περνούν και από τους δύο πόλους. Οι παράλληλοι είναι μικροί κύκλοι στην επιφάνεια της γης παράλληλοι στον ισημερινό.
Ισημερινός - μεγάλος κύκλος, το επίπεδο της οποίας διέρχεται από το κέντρο της γης κάθετα στον άξονα περιστροφής της.
Τόσο οι μεσημβρινοί όσο και οι παράλληλοι στην επιφάνεια της γης μπορούν να φανταστούν αμέτρητοι. Ο ισημερινός, οι μεσημβρινοί και οι παράλληλοι σχηματίζουν ένα πλέγμα γεωγραφικών συντεταγμένων της γης.
Θέση οποιουδήποτε σημείου ΕΝΑστην επιφάνεια της γης μπορεί να προσδιοριστεί από το γεωγραφικό πλάτος (f) και το γεωγραφικό μήκος (l) .
Το γεωγραφικό πλάτος ενός τόπου είναι το τόξο του μεσημβρινού από τον ισημερινό στον παράλληλο του δεδομένου τόπου. Διαφορετικά: το γεωγραφικό πλάτος ενός τόπου μετριέται από την κεντρική γωνία που περικλείεται μεταξύ του επιπέδου του ισημερινού και της κατεύθυνσης από το κέντρο της γης προς τη δεδομένη θέση. Το γεωγραφικό πλάτος μετράται σε μοίρες από 0 έως 90° από τον ισημερινό μέχρι τους πόλους. Κατά τον υπολογισμό, θεωρείται ότι το βόρειο γεωγραφικό πλάτος f N έχει πρόσημο συν, το νότιο γεωγραφικό πλάτος - f S μείον πρόσημο.
Η διαφορά στο γεωγραφικό πλάτος (f 1 - f 2) είναι το τόξο του μεσημβρινού που περικλείεται μεταξύ των παραλλήλων αυτών των σημείων (1 και 2).
Το γεωγραφικό μήκος ενός τόπου είναι το τόξο του ισημερινού από τον μηδενικό μεσημβρινό στον μεσημβρινό του δεδομένου τόπου. Διαφορετικά: το γεωγραφικό μήκος ενός τόπου μετριέται από το τόξο του ισημερινού που περικλείεται μεταξύ του μηδενικού μεσημβρινού επιπέδου και του μεσημβρινού επιπέδου του δεδομένου τόπου.
Η διαφορά στα γεωγραφικά μήκη (l 1 -l 2) είναι το τόξο του ισημερινού που περικλείεται μεταξύ των μεσημβρινών των δεδομένων σημείων (1 και 2).
Πρώτος μεσημβρινός - Μεσημβρινός Γκρίνουιτς. Από αυτό, το γεωγραφικό μήκος μετράται και στις δύο κατευθύνσεις (ανατολικά και δυτικά) από 0 έως 180 °. Το δυτικό γεωγραφικό μήκος μετράται στον χάρτη στα αριστερά του μεσημβρινού του Γκρίνουιτς και λαμβάνεται με το σύμβολο μείον στους υπολογισμούς. ανατολικά - προς τα δεξιά και έχει ένα σύμβολο συν.
Το γεωγραφικό πλάτος και μήκος οποιουδήποτε σημείου στη γη ονομάζεται γεωγραφικές συντεταγμένεςαυτό το σημείο.
2. Διαίρεση του αληθινού ορίζοντα
Το νοητικά φανταστικό οριζόντιο επίπεδο που διέρχεται από το μάτι του παρατηρητή ονομάζεται επίπεδο του αληθινού ορίζοντα του παρατηρητή ή αληθινός ορίζοντας (Εικ. 38).
Ας υποθέσουμε ότι στο σημείο ΕΝΑείναι το μάτι του παρατηρητή, η γραμμή ZABC- κατακόρυφο, HH 1 - το επίπεδο του αληθινού ορίζοντα, και η γραμμή P NP S - ο άξονας περιστροφής της γης.
Από τα πολλά κατακόρυφα επίπεδα, μόνο ένα επίπεδο στο σχέδιο θα συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής της γης και το σημείο ΕΝΑ.Η τομή αυτού του κατακόρυφου επιπέδου με την επιφάνεια της γης δίνει έναν μεγάλο κύκλο P N BEP SQ πάνω του, που ονομάζεται αληθινός μεσημβρινός του τόπου, ή μεσημβρινός του παρατηρητή. Το επίπεδο του πραγματικού μεσημβρινού τέμνεται με το επίπεδο του αληθινού ορίζοντα και δίνει τη γραμμή βορρά-νότου στον τελευταίο NS.Γραμμή ω,κάθετη στη γραμμή αληθούς βορρά-νότου ονομάζεται γραμμή αληθινής ανατολής και δύσης (ανατολή και δύση).
Έτσι, τα τέσσερα κύρια σημεία του αληθινού ορίζοντα - βόρεια, νότια, ανατολή και δύση - καταλαμβάνουν μια αρκετά σαφή θέση οπουδήποτε στη γη, εκτός από τους πόλους, λόγω των οποίων, σε σχέση με αυτά τα σημεία, μπορούν να γίνουν διάφορες κατευθύνσεις κατά μήκος του ορίζοντα. προσδιορίζεται.
Κατευθύνσεις Ν(βόρεια), S (νότια), ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ(Ανατολή), W(δυτικά) ονομάζονται τα κύρια σημεία. Ολόκληρη η περιφέρεια του ορίζοντα χωρίζεται σε 360°. Η διαίρεση γίνεται από το σημείο Νκατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού.
Οι ενδιάμεσες κατευθύνσεις μεταξύ των κύριων σημείων ονομάζονται σημεία τετάρτου και καλούνται ΟΧΙ, ΛΟΙΠΟΝ, ΝΔ, ΒΔ.Τα κύρια και τα τέταρτα έχουν τις ακόλουθες τιμές σε μοίρες:
Ρύζι. 38.Αληθινός ορίζοντας του παρατηρητή
3. Ορατός ορίζοντας, εύρος του ορατού ορίζοντα
Το υδάτινο σώμα ορατό από το σκάφος περιορίζεται από έναν κύκλο που σχηματίζεται από τη φαινομενική τομή του στερεώματος με την επιφάνεια του νερού. Αυτός ο κύκλος ονομάζεται ορατός ορίζοντας του παρατηρητή. Το εύρος του ορατού ορίζοντα εξαρτάται όχι μόνο από το ύψος των ματιών του παρατηρητή πάνω από την επιφάνεια του νερού, αλλά και από την κατάσταση της ατμόσφαιρας.
Εικόνα 39.Εύρος ορατότητας αντικειμένων
Ο πλοίαρχος πρέπει πάντα να γνωρίζει πόσο μακριά βλέπει τον ορίζοντα σε διαφορετικές θέσεις, για παράδειγμα, στέκεται στο τιμόνι, στο κατάστρωμα, κάθεται κ.λπ.
Το εύρος του ορατού ορίζοντα καθορίζεται από τον τύπο:
d=2,08
ή, περίπου, για ύψος ματιού παρατηρητή μικρότερο από 20 μ. απότύπος:
d=2,
όπου d είναι το εύρος του ορατού ορίζοντα σε μίλια.
h είναι το ύψος του ματιού του παρατηρητή, Μ.
Παράδειγμα.Αν το ύψος του ματιού του παρατηρητή h = 4 Μ,τότε το εύρος του ορατού ορίζοντα είναι 4 μίλια.
Το εύρος ορατότητας του παρατηρούμενου αντικειμένου (Εικ. 39), ή, όπως ονομάζεται, το γεωγραφικό εύρος D n , είναι το άθροισμα των περιοχών του ορατού ορίζοντα Μετο ύψος αυτού του αντικειμένου H και το ύψος του ματιού του παρατηρητή Α.
Ο παρατηρητής Α (Εικ. 39), που βρίσκεται σε ύψος h, από το πλοίο του μπορεί να δει τον ορίζοντα μόνο σε απόσταση d 1, δηλαδή στο σημείο Β στην επιφάνεια του νερού. Εάν, ωστόσο, τοποθετηθεί ένας παρατηρητής στο σημείο Β στην επιφάνεια του νερού, τότε θα μπορούσε να δει τον φάρο Γ , που βρίσκεται σε απόσταση d 2 από αυτό ; επομένως, ο παρατηρητής που βρίσκεται στο σημείο ΕΝΑ,θα δει το φάρο από απόσταση ίση με το D n :
Dn=d1+d2.
Το εύρος ορατότητας των αντικειμένων που βρίσκονται πάνω από τη στάθμη του νερού μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο:
Dn = 2,08( + ).
Παράδειγμα.Ύψος φάρου H = 1b.8 Μ,ύψος του ματιού του παρατηρητή h = 4 Μ.
Λύση. D n \u003d l 2,6 μίλια ή 23,3 χλμ.
Το εύρος ορατότητας ενός αντικειμένου προσδιορίζεται επίσης κατά προσέγγιση σύμφωνα με το νομόγραμμα Struisky (Εικ. 40). Εφαρμόζοντας έναν χάρακα έτσι ώστε τα ύψη που αντιστοιχούν στο μάτι του παρατηρητή και στο παρατηρούμενο αντικείμενο να συνδέονται με μία ευθεία γραμμή, προκύπτει το εύρος ορατότητας στη μεσαία κλίμακα.
Παράδειγμα.Βρείτε το εύρος ορατότητας ενός αντικειμένου με ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας στο 26.2 Μσε ύψος ματιού παρατηρητή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας 4,5 Μ.
Λύση. D n= 15,1 μίλια (διακεκομμένη γραμμή στο Σχ. 40).
Σε χάρτες, οδηγίες πλου, σε βοηθήματα πλοήγησης, στην περιγραφή πινακίδων και φώτων, δίνεται το εύρος ορατότητας για το ύψος του ματιού του παρατηρητή 5 m από τη στάθμη του νερού. Δεδομένου ότι σε ένα μικρό σκάφος το μάτι του παρατηρητή βρίσκεται κάτω από το 5 Μ,για αυτόν, το εύρος ορατότητας θα είναι μικρότερο από αυτό που υποδεικνύεται στα εγχειρίδια ή στον χάρτη (βλ. Πίνακα 1).
Παράδειγμα.Ο χάρτης δείχνει το εύρος ορατότητας του φάρου στα 16 μίλια. Αυτό σημαίνει ότι ο παρατηρητής θα δει αυτόν τον φάρο από απόσταση 16 μιλίων εάν το μάτι του βρίσκεται σε ύψος 5 Μπάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Εάν το μάτι του παρατηρητή βρίσκεται σε ύψος 3 Μ,τότε η ορατότητα θα μειωθεί ανάλογα με τη διαφορά στο εύρος ορατότητας του ορίζοντα για τα ύψη 5 και 3 Μ.Εύρος ορατότητας ορίζοντα για υψόμετρο 5 Μισούται με 4,7 μίλια. για ύψος 3 Μ- 3,6 μίλια, διαφορά 4,7 - 3,6=1,1 μίλια.
Κατά συνέπεια, το εύρος ορατότητας του φάρου δεν θα είναι ίσο με 16 μίλια, αλλά μόνο 16 - 1,1 = 14,9 μίλια.
Ρύζι. 40.Νομόγραμμα του Στρούισκι
Κάθε αντικείμενο έχει ένα ορισμένο ύψος H (Εικ. 11), επομένως, το εύρος ορατότητας του αντικειμένου Dp-MR αποτελείται από το εύρος του ορατού ορίζοντα του παρατηρητή De=Mc και το εύρος του ορατού ορίζοντα του αντικειμένου Dn =RC:
Ρύζι. έντεκα.
Σύμφωνα με τους τύπους (9) και (10), ο H. N. Struisky συνέταξε ένα νομόγραμμα (Εικ. 12) και στο MT-63, Πίνακας. 22-γ "Εύρος ορατότητας αντικειμένων", υπολογισμένο με τον τύπο (9).
Παράδειγμα 11.Βρείτε το εύρος ορατότητας ενός αντικειμένου με ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας H = 26,5 m (86 πόδια) στο ύψος του ματιού του παρατηρητή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας e = 4,5 m (15 πόδια).
Λύση.
1. Σύμφωνα με το νομόγραμμα Struisky (Εικ. 12), στην αριστερή κατακόρυφη κλίμακα «Ύψος του παρατηρούμενου αντικειμένου» σημειώνουμε το σημείο που αντιστοιχεί σε 26,5 m (86 πόδια), στη δεξιά κατακόρυφη κλίμακα «Ύψος του ματιού του παρατηρητή» σημειώνουμε το σημείο που αντιστοιχεί σε 4,5 m ( 15 πόδια). συνδέοντας τα σημειωμένα σημεία με ευθεία γραμμή, στη διασταύρωση της τελευταίας με τη μέση κατακόρυφη κλίμακα «Εύρος ορατότητας» παίρνουμε την απάντηση: Дn = 15,1 m.
2. Σύμφωνα με το ΜΤ-63 (Πίνακας 22-γ). Για e = 4,5 m και H = 26,5 m, η τιμή Dn = 15,1 m. το μάτι του παρατηρητή δεν είναι ίσο με 5 m, τότε είναι απαραίτητο να προσθέσετε τη διόρθωση A \u003d MS-KS- \u003d De-D5 στο εύρος Dk που δίνεται στα εγχειρίδια. Η διόρθωση είναι η διαφορά μεταξύ των αποστάσεων του ορατού ορίζοντα από ύψος 5 m και ονομάζεται διόρθωση για το ύψος του ματιού του παρατηρητή:
Όπως φαίνεται από τον τύπο (11), η διόρθωση για το ύψος του ματιού του παρατηρητή Α μπορεί να είναι θετική (όταν e > 5 m) ή αρνητική (όταν e
Έτσι, το εύρος ορατότητας ενός φωτός φάρου καθορίζεται από τον τύπο
Ρύζι. 12.
Παράδειγμα 12.Εύρος ορατότητας φάρου που υποδεικνύεται στον χάρτη, Dk = 20,0 μίλια.
Από ποια απόσταση μπορεί να δει ένας παρατηρητής τη φωτιά, του οποίου το μάτι βρίσκεται σε ύψος e = 16 m.
Λύση. 1) με τον τύπο (11)
2) σύμφωνα με τον πίνακα. 22-a ME-63 A \u003d De - D5 \u003d 8,3-4,7 \u003d 3,6 μίλια.
3) σύμφωνα με τον τύπο (12) Dp \u003d (20,0 + 3,6) \u003d 23,6 μίλια.
Παράδειγμα 13Το εύρος ορατότητας του φάρου, που υποδεικνύεται στον χάρτη, Dk = 26 μίλια.
Από ποια απόσταση θα δει ο παρατηρητής στο σκάφος τη φωτιά (e = 2,0 m)
Λύση. 1) με τον τύπο (11)
2) σύμφωνα με τον πίνακα. 22-a MT-63 A = D - D = 2,9 - 4,7 = -1,6 μίλια;
3) σύμφωνα με τον τύπο (12) Dp = 26,0-1,6 = 24,4 μίλια.
Το εύρος ορατότητας ενός αντικειμένου, που υπολογίζεται με τους τύπους (9) και (10), ονομάζεται γεωγραφικός.
Ρύζι. 13.
Εύρος ορατότητας ενός φωτός φάρου ή οπτικό εύροςη ορατότητα εξαρτάται από την ισχύ της πηγής φωτός, το σύστημα φάρων και το χρώμα της φωτιάς. Σε έναν καλοφτιαγμένο φάρο συνήθως συμπίπτει με το γεωγραφικό του εύρος.
Σε συννεφιασμένο καιρό, το πραγματικό οπτικό εύρος μπορεί να διαφέρει σημαντικά από το γεωγραφικό ή το οπτικό εύρος.
ΣΕ ΠρόσφαταΗ έρευνα έχει αποδείξει ότι σε συνθήκες πλεύσης κατά τη διάρκεια της ημέρας, το εύρος ορατότητας των αντικειμένων προσδιορίζεται με μεγαλύτερη ακρίβεια από τον ακόλουθο τύπο:
Στο σχ. Το σχήμα 13 δείχνει το νομόγραμμα που υπολογίζεται με τον τύπο (13). Θα εξηγήσουμε τη χρήση του νομογράμματος λύνοντας ένα πρόβλημα με τις συνθήκες του παραδείγματος 11.
Παράδειγμα 14Βρείτε το εύρος ορατότητας ενός αντικειμένου με ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας H = 26,5 m, με το ύψος του ματιού του παρατηρητή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας e = 4,5 m.
Λύση. 1 με τον τύπο (13)
Η επιφάνεια της Γης καμπυλώνει και εξαφανίζεται από το οπτικό πεδίο σε απόσταση 5 χιλιομέτρων. Αλλά η οξύτητα της όρασής μας μας επιτρέπει να δούμε πολύ πέρα από τον ορίζοντα. Εάν η Γη ήταν επίπεδη, ή αν στεκόσασταν στην κορυφή ενός βουνού και κοιτούσατε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή του πλανήτη από το συνηθισμένο, θα μπορούσατε να δείτε λαμπερά φώτα εκατοντάδες μίλια μακριά. Σε μια σκοτεινή νύχτα, μπορούσες να δεις ακόμη και τη φλόγα ενός κεριού που βρίσκεται 48 χιλιόμετρα μακριά σου.
Πόσο μακριά μπορεί να δει ανθρώπινο μάτιεξαρτάται από το πόσα σωματίδια φωτός, ή φωτόνια, εκπέμπονται από ένα μακρινό αντικείμενο. Το πιο μακρινό αντικείμενο που είναι ορατό με γυμνό μάτι είναι το νεφέλωμα της Ανδρομέδας, που βρίσκεται σε τεράστια απόσταση 2,6 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Ένα τρισεκατομμύριο αστέρια σε αυτόν τον γαλαξία εκπέμπουν αρκετό φως συνολικά ώστε αρκετές χιλιάδες φωτόνια να συγκρούονται με κάθε τετραγωνικό εκατοστό της επιφάνειας της γης κάθε δευτερόλεπτο. Σε μια σκοτεινή νύχτα, αυτή η ποσότητα είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον αμφιβληστροειδή.
Το 1941, ο ειδικός της όρασης Selig Hecht και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια έκαναν αυτό που εξακολουθεί να θεωρείται αξιόπιστο μέτρο του απόλυτου ορίου της όρασης - τον ελάχιστο αριθμό φωτονίων που πρέπει να εισέλθουν στον αμφιβληστροειδή για να προκαλέσουν επίγνωση μιας οπτικής αντίληψης. Το πείραμα έθεσε ένα κατώφλι υπό ιδανικές συνθήκες: τα μάτια των συμμετεχόντων είχαν χρόνο να προσαρμοστούν πλήρως στο απόλυτο σκοτάδι, η μπλε-πράσινη λάμψη του φωτός που ενεργούσε ως ερέθισμα είχε μήκος κύματος 510 νανόμετρα (στο οποίο τα μάτια είναι πιο ευαίσθητα). και το φως κατευθυνόταν στο περιφερειακό άκρο του αμφιβληστροειδούς, γεμάτο με ράβδους που αναγνωρίζουν το φως. 
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, για να μπορέσουν οι συμμετέχοντες στο πείραμα να αναγνωρίσουν μια τέτοια λάμψη φωτός σε περισσότερες από τις μισές περιπτώσεις, από 54 έως 148 φωτόνια έπρεπε να πέσουν στους βολβούς των ματιών. Με βάση τις μετρήσεις της απορρόφησης του αμφιβληστροειδούς, οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι κατά μέσο όρο 10 φωτόνια απορροφώνται πραγματικά από ανθρώπινες ράβδους αμφιβληστροειδούς. Έτσι, η απορρόφηση 5-14 φωτονίων ή, αντίστοιχα, η ενεργοποίηση 5-14 ράβδων, δείχνει στον εγκέφαλο ότι κάτι βλέπετε.
«Αυτός είναι πράγματι ένας πολύ μικρός αριθμός χημικών αντιδράσεων», σημείωσαν ο Hecht και οι συνεργάτες του σε ένα άρθρο σχετικά με αυτό το πείραμα.
Δώσε προσοχή στο απόλυτο όριο, τη φωτεινότητα μιας φλόγας κεριού και την εκτιμώμενη απόσταση στην οποία εξασθενεί ένα φωτεινό αντικείμενο, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα άτομο μπορεί να διακρίνει το αχνό τρεμόπαιγμα μιας φλόγας κεριού σε απόσταση 48 χιλιομέτρων.
Αλλά σε ποια απόσταση μπορούμε να αναγνωρίσουμε ότι ένα αντικείμενο είναι κάτι περισσότερο από ένα τρεμόπαιγμα φωτός; Προκειμένου ένα αντικείμενο να φαίνεται χωρικά εκτεταμένο, αντί για ένα σημείο, το φως από αυτό πρέπει να ενεργοποιήσει τουλάχιστον δύο παρακείμενους κώνους αμφιβληστροειδούς - τα κύτταρα που είναι υπεύθυνα για την έγχρωμη όραση. Στην ιδανική περίπτωση, το αντικείμενο θα πρέπει να βρίσκεται σε γωνία τουλάχιστον 1 λεπτού τόξου, ή ένα έκτο της μοίρας, για να διεγείρει γειτονικούς κώνους. Αυτό το γωνιακό μέτρο παραμένει το ίδιο ανεξάρτητα από το αν το αντικείμενο είναι κοντά ή μακριά (το μακρινό αντικείμενο πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερο για να βρίσκεται στην ίδια γωνία με το κοντινό). Η Πανσέληνος βρίσκεται σε γωνία 30 λεπτών τόξου, ενώ η Αφροδίτη είναι μόλις ορατή ως εκτεταμένο αντικείμενο σε γωνία περίπου 1 λεπτού τόξου.
Αντικείμενα στο μέγεθος ενός ατόμου διακρίνονται ως εκτεταμένα σε απόσταση μόνο περίπου 3 χιλιομέτρων. Συγκριτικά, σε αυτή την απόσταση, μπορούσαμε ξεκάθαρα να διακρίνουμε δύο
Ερώτηση νούμερο 10.
Ορατή απόσταση ορίζοντα. Ορατότητα αντικειμένου...
Γεωγραφικό εύρος ορίζοντα
Έστω το ύψος του ματιού του παρατηρητή που βρίσκεται στο σημείο ΕΝΑ"πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ίσο με μι(Εικ. 1.15). επιφάνεια της Γης με τη μορφή σφαίρας με ακτίνα R
Οι ακτίνες της όρασης που πηγαίνουν στο Α" και εφάπτονται στην επιφάνεια του νερού προς όλες τις κατευθύνσεις σχηματίζουν έναν μικρό κύκλο ΚΚ", ο οποίος ονομάζεται θεωρητικά ορατή γραμμή ορίζοντα.
Λόγω της διαφορετικής πυκνότητας της ατμόσφαιρας κατά μήκος του ύψους, η δέσμη φωτός δεν διαδίδεται σε ευθεία γραμμή, αλλά κατά μήκος μιας ορισμένης καμπύλης Α «Β, το οποίο μπορεί να προσεγγιστεί με έναν κύκλο με ακτίνα ρ .
Το φαινόμενο της καμπυλότητας της οπτικής δέσμης στην ατμόσφαιρα της Γης ονομάζεται επίγεια διάθλασηκαι συνήθως αυξάνει το εύρος του θεωρητικά ορατού ορίζοντα. ο παρατηρητής δεν βλέπει ΚΚ», αλλά τη γραμμή ΒΒ», που είναι ένας μικρός κύκλος κατά μήκος του οποίου η επιφάνεια του νερού αγγίζει τον ουρανό. ο φαινομενικός ορίζοντας του παρατηρητή.
Ο συντελεστής διάθλασης της γης υπολογίζεται από τον τύπο. Η μέση τιμή του:
Διαθλαστική γωνίαr ορίζεται, όπως φαίνεται στο σχήμα, από τη γωνία μεταξύ της χορδής και της εφαπτομένης στον κύκλο της ακτίναςρ .
Η σφαιρική ακτίνα Α"Β ονομάζεται γεωγραφικό ή γεωμετρικό εύρος του ορατού ορίζοντα Δε. Αυτό το εύρος ορατότητας δεν λαμβάνει υπόψη τη διαφάνεια της ατμόσφαιρας, δηλ. υποτίθεται ότι η ατμόσφαιρα είναι ιδανική με συντελεστή διαφάνειας m = 1.
Σχεδιάστε μέσα από το σημείο Α «το επίπεδο του αληθινού ορίζοντα Η, λοιπόν καθετή γωνία d μεταξύ Η και της εφαπτομένης της οπτικής δέσμης θα ονομάζεται A "B κλίση ορίζοντα
Στους Ναυτικούς Πίνακες ΜΤ-75 υπάρχει πίνακας. 22 «Εύρος ορατού ορίζοντα», υπολογισμένο με τον τύπο (1.19).
Γεωγραφικό εύρος ορατότητας αντικειμένων
Γεωγραφικό εύρος ορατότητας αντικειμένων στη θάλασσα Dp, όπως προκύπτει από την προηγούμενη παράγραφο, θα εξαρτηθεί από την τιμή μι- το ύψος του ματιού του παρατηρητή, το μέγεθος η- το ύψος του αντικειμένου και ο δείκτης διάθλασης Χ.
Η τιμή του Dp καθορίζεται από τη μεγαλύτερη απόσταση στην οποία ο παρατηρητής θα δει την κορυφή του πάνω από τον ορίζοντα. Στην επαγγελματική ορολογία υπάρχει η έννοια της εμβέλειας, καθώς και στιγμές"Άνοιξε" Και"κλείσιμο" ένα ορόσημο ναυσιπλοΐας, όπως ένας φάρος ή ένα πλοίο. Ο υπολογισμός ενός τέτοιου εύρους επιτρέπει στον πλοηγό να έχει πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την κατά προσέγγιση θέση του σκάφους σε σχέση με το ορόσημο.
όπου Dh είναι το εύρος ορατότητας του ορίζοντα από το ύψος του αντικειμένου
Στους χάρτες θαλάσσιας πλοήγησης, το εύρος γεωγραφικής ορατότητας των ορόσημων πλοήγησης δίνεται για το ύψος του ματιού του παρατηρητή e = 5 m και συμβολίζεται ως Dk - το εύρος ορατότητας που υποδεικνύεται στον χάρτη. Σύμφωνα με το (1.22), υπολογίζεται ως εξής:
Αντίστοιχα, εάν το e διαφέρει από 5 m, τότε για να υπολογιστεί το Dp στο εύρος ορατότητας στον χάρτη, χρειάζεται μια τροποποίηση, η οποία μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
Αναμφίβολα, η Dp εξαρτάται από τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ματιού του παρατηρητή, από την οπτική οξύτητα, που εκφράζεται σε ανάλυση στο.
Ανάλυση γωνίας- αυτή είναι η μικρότερη γωνία στην οποία δύο αντικείμενα διακρίνονται από το μάτι ως ξεχωριστά, δηλαδή στο έργο μας - αυτή είναι η ικανότητα να διακρίνουμε ένα αντικείμενο και μια γραμμή ορίζοντα.
Σκεφτείτε το Σχ. 1.18. Γράφουμε την τυπική ισότητα
Χάρη στη δράση της ικανότητας ανάλυσης του y, ένα αντικείμενο θα είναι ορατό μόνο υπό την προϋπόθεση ότι οι γωνιακές του διαστάσεις δεν είναι μικρότερες από στο, δηλαδή, θα έχει ύψος τουλάχιστον πάνω από τη γραμμή του ορίζοντα SS". Είναι προφανές ότι το y πρέπει να μειώσει το εύρος που υπολογίζεται από τους τύπους (1.22). Επειτα
Το τμήμα CC" μειώνει στην πραγματικότητα το ύψος του αντικειμένου Α.
Υποθέτοντας ότι στο ∆A"CC" οι γωνίες C και C" είναι κοντά στις 90°, βρίσκουμε
Εάν θέλουμε να λάβουμε το Dp y σε μίλια και το SS "σε μέτρα, τότε ο τύπος για τον υπολογισμό του εύρους ορατότητας ενός αντικειμένου, λαμβάνοντας υπόψη την ανάλυση του ανθρώπινου ματιού, πρέπει να φέρει τη μορφή
Επίδραση υδρομετεωρολογικών παραγόντων στο εύρος ορατότητας του ορίζοντα, των αντικειμένων και των φώτων
Το εύρος ορατότητας μπορεί να ερμηνευτεί ως a priori εύρος χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η τρέχουσα διαφάνεια της ατμόσφαιρας, καθώς και η αντίθεση του αντικειμένου και του φόντου.
οπτικό εύρος- αυτό είναι το εύρος ορατότητας, ανάλογα με την ικανότητα του ανθρώπινου ματιού να διακρίνει ένα αντικείμενο με φωτεινότητα σε ένα συγκεκριμένο φόντο ή, όπως λένε, να διακρίνει μια συγκεκριμένη αντίθεση.
Το εύρος οπτικής ορατότητας κατά τη διάρκεια της ημέρας εξαρτάται από την αντίθεση μεταξύ του παρατηρούμενου αντικειμένου και του φόντου του εδάφους. Οπτικό εύρος ημέρας αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη απόσταση στην οποία η φαινομενική αντίθεση μεταξύ του αντικειμένου και του φόντου γίνεται ίση με το κατώφλι αντίθεσης.
Οπτικό εύρος νύχταςείναι το μέγιστο οπτικό εύρος της πυρκαγιάς σε μια δεδομένη στιγμή, που καθορίζεται από την ένταση του φωτός και την τρέχουσα μετεωρολογική ορατότητα.
Η αντίθεση K μπορεί να οριστεί ως εξής:
Όπου Vf - φωτεινότητα φόντου. Bp είναι η φωτεινότητα του αντικειμένου.
Η ελάχιστη τιμή του Κ ονομάζεται κατώφλι ευαισθησίας αντίθεσης του ματιούκαι ισούται με μέσο όρο 0,02 για συνθήκες ημέρας και αντικείμενα με γωνιακές διαστάσεις περίπου 0,5°.
Μέρος της φωτεινής ροής των φώτων του φάρου απορροφάται από τα σωματίδια που περιέχονται στον αέρα, επομένως η ένταση του φωτός εξασθενεί. Αυτό χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή διαφάνειας της ατμόσφαιρας
Οπου Εγώ0 - ένταση φωτός της πηγής. /1 - ένταση φωτός σε μια ορισμένη απόσταση από την πηγή, λαμβανόμενη ως μονάδα.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ 
Ο συντελεστής διαφάνειας της ατμόσφαιρας είναι πάντα μικρότερος από τη μονάδα, πράγμα που σημαίνει ότι γεωγραφικό εύρος- αυτό είναι το θεωρητικό μέγιστο, το οποίο σε πραγματικές συνθήκες δεν φτάνει το εύρος ορατότητας, με εξαίρεση τις ανώμαλες περιπτώσεις.
Η αξιολόγηση της ατμοσφαιρικής διαφάνειας στα σημεία μπορεί να γίνει σε κλίμακα ορατότητας από αυτί. 51 ΜΤ-75ανάλογα με την κατάσταση της ατμόσφαιρας: βροχή, ομίχλη, χιόνι, ομίχλη κ.λπ.
Έτσι, προκύπτει η έννοια εύρος μετεωρολογικής ορατότητας, που εξαρτάται από τη διαφάνεια της ατμόσφαιρας.
Ονομαστική οπτική περιοχήπυρκαγιά ονομάζεται το οπτικό εύρος ορατότητας σε μετεωρολογική εμβέλεια ορατότητας 10 μιλίων (ד = 0,74).
Ο όρος προτείνεται από τη Διεθνή Ένωση Αρχών Φάρων (IALA) και χρησιμοποιείται στο εξωτερικό. Στους εγχώριους χάρτες και στα εγχειρίδια πλοήγησης, υποδεικνύεται το τυπικό εύρος ορατότητας (αν είναι μικρότερο από το γεωγραφικό).
Τυπική οπτική επαφήείναι το οπτικό εύρος σε μετεωρολογική ορατότητα 13,5 μιλίων (ד= 0,80).
Τα βοηθήματα πλοήγησης "Lights", "Fire and Signs" περιέχουν έναν πίνακα του εύρους ορατότητας του ορίζοντα, ένα νομόγραμμα της ορατότητας των αντικειμένων και ένα νομόγραμμα του εύρους οπτικής ορατότητας. Μπορείτε να εισαγάγετε το νομόγραμμα με την ένταση του φωτός στο candela, από το ονομαστικό (τυπικό) εύρος και με τη μετεωρολογική ορατότητα, ως αποτέλεσμα της οποίας μπορείτε να πάρετε το εύρος οπτικής ορατότητας της φωτιάς (Εικ. 1.19).
Ο πλοηγός πρέπει να συγκεντρώσει πειραματικά πληροφορίες σχετικά με το εύρος ανοίγματος συγκεκριμένων φώτων και πινακίδων στην περιοχή πλοήγησης σε διάφορες καιρικές συνθήκες.
Μιλάει για καταπληκτικές ιδιότητεςτο όραμά μας - από την ικανότητα να βλέπουμε μακρινούς γαλαξίες έως την ικανότητα να συλλαμβάνουμε φαινομενικά αόρατα κύματα φωτός.
Ρίξτε μια ματιά στο δωμάτιο στο οποίο βρίσκεστε - τι βλέπετε; Τοίχοι, παράθυρα, πολύχρωμα αντικείμενα - όλα φαίνονται τόσο οικεία και αυτονόητα. Είναι εύκολο να ξεχάσουμε ότι βλέπουμε τον κόσμο γύρω μας μόνο χάρη στα φωτόνια - σωματίδια φωτός που αντανακλώνται από αντικείμενα και πέφτουν στον αμφιβληστροειδή του ματιού.
Υπάρχουν περίπου 126 εκατομμύρια φωτοευαίσθητα κύτταρα στον αμφιβληστροειδή χιτώνα καθενός από τα μάτια μας. Ο εγκέφαλος αποκρυπτογραφεί τις πληροφορίες που λαμβάνει από αυτά τα κύτταρα σχετικά με την κατεύθυνση και την ενέργεια των φωτονίων που πέφτουν πάνω τους και τις μετατρέπει σε μια ποικιλία σχημάτων, χρωμάτων και έντασης φωτισμού των γύρω αντικειμένων.
Στο ανθρώπινο όραμαέχει τα όριά του. Έτσι, δεν μπορούμε να δούμε τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται ηλεκτρονικές συσκευές, ούτε να δείτε τα μικρότερα βακτήρια με γυμνό μάτι.
Χάρη στην πρόοδο της φυσικής και της βιολογίας, είναι δυνατό να καθοριστούν τα όρια της φυσικής όρασης. «Οποιοδήποτε αντικείμενο βλέπουμε έχει ένα συγκεκριμένο «κατώφλι» κάτω από το οποίο σταματάμε να το διακρίνουμε», λέει ο Michael Landy, καθηγητής ψυχολογίας και νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης.
Ας εξετάσουμε πρώτα αυτό το όριο όσον αφορά την ικανότητά μας να διακρίνουμε τα χρώματα - ίσως την πρώτη ικανότητα που μας έρχεται στο μυαλό σε σχέση με την όραση.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας SPLΛεζάντα εικόνας Οι κώνοι είναι υπεύθυνοι για την αντίληψη των χρωμάτων και οι ράβδοι μας βοηθούν να βλέπουμε αποχρώσεις του γκρι σε χαμηλό φωτισμό.Η ικανότητά μας να διακρίνουμε, για παράδειγμα, μωβαπό το ματζέντα σχετίζεται με το μήκος κύματος των φωτονίων που χτυπούν τον αμφιβληστροειδή. Υπάρχουν δύο τύποι φωτοευαίσθητων κυττάρων στον αμφιβληστροειδή - οι ράβδοι και οι κώνοι. Οι κώνοι είναι υπεύθυνοι για την αντίληψη των χρωμάτων (τη λεγόμενη ημερήσια όραση), ενώ οι ράβδοι μας επιτρέπουν να βλέπουμε αποχρώσεις του γκρι σε χαμηλό φωτισμό - για παράδειγμα, τη νύχτα (νυχτερινή όραση).
Στο ανθρώπινο μάτι υπάρχουν τρεις τύποι κώνων και αντίστοιχος αριθμός τύπων οψινών, καθένας από τους οποίους έχει ιδιαίτερη ευαισθησία στα φωτόνια με ένα ορισμένο εύρος μηκών κύματος φωτός.
Οι κώνοι τύπου S είναι ευαίσθητοι στο ιώδες-μπλε τμήμα μικρού μήκους κύματος του ορατού φάσματος. Οι κώνοι τύπου M είναι υπεύθυνοι για το πράσινο-κίτρινο (μεσαίο μήκος κύματος) και οι κώνοι τύπου L είναι υπεύθυνοι για το κίτρινο-κόκκινο (μεγάλο μήκος κύματος).
Όλα αυτά τα κύματα, καθώς και οι συνδυασμοί τους, μας επιτρέπουν να δούμε όλο το φάσμα των χρωμάτων στο ουράνιο τόξο. «Όλες οι πηγές ορατό στον άνθρωποΤο φως, με εξαίρεση ορισμένα τεχνητά (όπως ένα διαθλαστικό πρίσμα ή ένα λέιζερ), εκπέμπει ένα μείγμα διαφορετικών μηκών κύματος», λέει ο Landy.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας ThinkstockΛεζάντα εικόνας Δεν είναι όλο το φάσμα καλό για τα μάτια μας...Από όλα τα φωτόνια που υπάρχουν στη φύση, οι κώνοι μας μπορούν να συλλάβουν μόνο εκείνους που χαρακτηρίζονται από ένα μήκος κύματος σε πολύ στενό εύρος (συνήθως από 380 έως 720 νανόμετρα) - αυτό ονομάζεται φάσμα ορατής ακτινοβολίας. Κάτω από αυτό το εύρος βρίσκονται υπέρυθρα και ραδιοφάσματα - το μήκος κύματος των φωτονίων χαμηλής ενέργειας του τελευταίου ποικίλλει από χιλιοστά έως αρκετά χιλιόμετρα.
Στην άλλη πλευρά του ορατού μήκους κύματος είναι το φάσμα υπεριώδους, ακολουθούμενο από το φάσμα των ακτίνων Χ και μετά το φάσμα των ακτίνων γάμμα με φωτόνια των οποίων το μήκος κύματος δεν υπερβαίνει τα τρισεκατομμύρια του μέτρου.
Αν και η όραση των περισσότερων από εμάς περιορίζεται στο ορατό φάσμα, τα άτομα με αφακία - η απουσία του φακού στο μάτι (ως αποτέλεσμα χειρουργική επέμβασημε καταρράκτη ή σπανιότερα λόγω εκ γενετής ελάττωμα) - μπορούν να δουν υπεριώδη κύματα.
Σε ένα υγιές μάτι, ο φακός μπλοκάρει τα υπεριώδη μήκη κύματος, αλλά ελλείψει αυτού, ένα άτομο μπορεί να αντιληφθεί μήκη κύματος έως περίπου 300 νανόμετρα ως μπλε-λευκό χρώμα.
Μια μελέτη του 2014 σημειώνει ότι, κατά μία έννοια, όλοι μπορούμε να δούμε και υπέρυθρα φωτόνια. Εάν δύο τέτοια φωτόνια χτυπήσουν σχεδόν ταυτόχρονα το ίδιο κύτταρο του αμφιβληστροειδούς, η ενέργειά τους μπορεί να συνοψιστεί, γυρίζοντας αόρατα κύματαμήκος, ας πούμε, 1000 νανόμετρα ορατό κύμαΜήκος 500 νανόμετρα (οι περισσότεροι από εμάς αντιλαμβανόμαστε αυτό το μήκος κύματος ως ένα ψυχρό πράσινο χρώμα).
Πόσα χρώματα βλέπουμε;
στο μάτι υγιές άτομοτρεις τύποι κώνων, καθένας από τους οποίους είναι ικανός να διακρίνει περίπου 100 διαφορετικά χρώματα. Για το λόγο αυτό, οι περισσότεροι ερευνητές υπολογίζουν τον αριθμό των χρωμάτων που μπορούμε να διακρίνουμε σε περίπου ένα εκατομμύριο. Ωστόσο, η αντίληψη του χρώματος είναι πολύ υποκειμενική και ατομική.
Ο Τζέιμσον ξέρει τι λέει. Μελετά το όραμα των τετραχρωμάτων - ανθρώπων με πραγματικά υπεράνθρωπες ικανότητες να διακρίνουν τα χρώματα. Η τετραχρωμία είναι σπάνια, κυρίως στις γυναίκες. Ως αποτέλεσμα μιας γενετικής μετάλλαξης, έχουν έναν επιπλέον, τέταρτο τύπο κώνων, που τους επιτρέπει, σύμφωνα με πρόχειρες εκτιμήσεις, να δουν έως και 100 εκατομμύρια χρώματα. (Σε ανθρώπους που υποφέρουν αχρωματοψία, ή διχρωμικά, υπάρχουν μόνο δύο τύποι κώνων - δεν διακρίνουν περισσότερα από 10.000 χρώματα.)
Πόσα φωτόνια χρειαζόμαστε για να δούμε μια πηγή φωτός;
Γενικά, οι κώνοι απαιτούν πολλά περισσότερο φωςπαρά ξυλάκια. Για το λόγο αυτό, σε χαμηλό φωτισμό, η ικανότητά μας να διακρίνουμε τα χρώματα πέφτει και τα ραβδιά λειτουργούν, παρέχοντας ασπρόμαυρη όραση.
Σε ιδανικές εργαστηριακές συνθήκες, σε περιοχές του αμφιβληστροειδούς όπου οι ράβδοι απουσιάζουν σε μεγάλο βαθμό, οι κώνοι μπορούν να πυροδοτηθούν όταν χτυπηθούν από λίγα μόνο φωτόνια. Ωστόσο, τα sticks κάνουν ακόμα καλύτερη δουλειά στο να συλλαμβάνουν ακόμα και το πιο αμυδρό φως.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας SPLΛεζάντα εικόνας Μετά από χειρουργική επέμβαση στα μάτια, μερικοί άνθρωποι αποκτούν την ικανότητα να βλέπουν υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΌπως δείχνουν τα πειράματα που έγιναν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1940, ένα κβάντο φωτός είναι αρκετό για να το δει το μάτι μας. «Ένα άτομο μπορεί να δει μόνο ένα φωτόνιο», λέει ο Brian Wandell, καθηγητής ψυχολογίας και ηλεκτρολογίας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. «Περισσότερη ευαισθησία στον αμφιβληστροειδή απλά δεν έχει νόημα».
Το 1941, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κολούμπια διεξήγαγαν ένα πείραμα - τα άτομα μεταφέρθηκαν σε ένα σκοτεινό δωμάτιο και δόθηκε στα μάτια τους συγκεκριμένος χρόνος για να προσαρμοστούν. Τα ραβδιά χρειάζονται αρκετά λεπτά για να φτάσουν σε πλήρη ευαισθησία. γι' αυτό, όταν σβήνουμε το φως στο δωμάτιο, χάνουμε για λίγο την ικανότητα να βλέπουμε οτιδήποτε.
Στη συνέχεια, ένα μπλε-πράσινο φως που αναβοσβήνει κατευθύνθηκε στα πρόσωπα των υποκειμένων. Με πιθανότητα μεγαλύτερη από την κανονική πιθανότητα, οι συμμετέχοντες στο πείραμα κατέγραψαν μια λάμψη φωτός όταν μόνο 54 φωτόνια χτύπησαν τον αμφιβληστροειδή.
Δεν καταγράφονται όλα τα φωτόνια που φτάνουν στον αμφιβληστροειδή από φωτοευαίσθητα κύτταρα. Δεδομένης αυτής της περίστασης, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μόνο πέντε φωτόνια που ενεργοποιούν πέντε διαφορετικές ράβδους στον αμφιβληστροειδή είναι αρκετά για να δει ένα άτομο μια λάμψη.
Τα μικρότερα και πιο μακρινά ορατά αντικείμενα
Το ακόλουθο γεγονός μπορεί να σας εκπλήξει: η ικανότητά μας να βλέπουμε ένα αντικείμενο δεν εξαρτάται καθόλου από το φυσικό του μέγεθος ή την απόστασή του, αλλά από το εάν τουλάχιστον μερικά φωτόνια που εκπέμπονται από αυτό χτυπούν στον αμφιβληστροειδή μας.
"Το μόνο πράγμα που χρειάζεται το μάτι για να δει οτιδήποτε είναι μια ορισμένη ποσότητα φωτός που εκπέμπεται ή ανακλάται πίσω σε αυτό από ένα αντικείμενο", λέει ο Landy. "Όλα καταλήγουν στον αριθμό των φωτονίων που φτάνουν στον αμφιβληστροειδή. υπάρχει για ένα κλάσμα του δεύτερον, μπορούμε ακόμα να το δούμε αν εκπέμπει αρκετά φωτόνια».
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας ThinkstockΛεζάντα εικόνας Ένας μικρός αριθμός φωτονίων είναι αρκετός για να δει το μάτι φως.Τα εγχειρίδια ψυχολογίας συχνά αναφέρουν ότι σε μια σκοτεινή νύχτα χωρίς σύννεφα, η φλόγα ενός κεριού μπορεί να φανεί από απόσταση έως και 48 χιλιομέτρων. Στην πραγματικότητα, ο αμφιβληστροειδής μας βομβαρδίζεται συνεχώς με φωτόνια, έτσι ώστε ένα μόνο κβάντο φωτός που εκπέμπεται από μεγάλη απόσταση απλώς θα χαθεί στο φόντο τους.
Για να φανταστούμε πόσο μακριά μπορούμε να δούμε, ας ρίξουμε μια ματιά στον νυχτερινό ουρανό, γεμάτο αστέρια. Τα μεγέθη των αστεριών είναι τεράστια. πολλά από αυτά που βλέπουμε με γυμνό μάτι έχουν διάμετρο εκατομμυρίων χιλιομέτρων.
Ωστόσο, ακόμη και τα πιο κοντινά σε εμάς αστέρια βρίσκονται σε απόσταση μεγαλύτερη από 38 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη, ορατές διαστάσειςτόσο μικρά που δεν τα βλέπουν τα μάτια μας.
Από την άλλη πλευρά, εξακολουθούμε να παρατηρούμε τα αστέρια ως φωτεινές σημειακές πηγές φωτός, επειδή τα φωτόνια που εκπέμπονται από αυτά ξεπερνούν τις γιγάντιες αποστάσεις που μας χωρίζουν και χτυπούν τον αμφιβληστροειδή μας.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας ThinkstockΛεζάντα εικόνας Η οπτική οξύτητα μειώνεται όσο αυξάνεται η απόσταση από το αντικείμενοΌλα τα μεμονωμένα ορατά αστέρια στον νυχτερινό ουρανό βρίσκονται στον γαλαξία μας - τον Γαλαξία μας. Το πιο απομακρυσμένο αντικείμενο από εμάς που μπορεί να δει ένας άνθρωπος με γυμνό μάτι βρίσκεται έξω από τον Γαλαξία και είναι το ίδιο ένα αστρικό σμήνος - αυτό είναι το νεφέλωμα της Ανδρομέδας, που βρίσκεται σε απόσταση 2,5 εκατομμυρίων ετών φωτός, ή 37 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, από το Ήλιος. (Μερικοί άνθρωποι ισχυρίζονται ότι σε ιδιαίτερα σκοτεινές νύχτες οξεία όρασητους επιτρέπει να δουν τον Γαλαξία του Τριγωνίου, που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 3 εκατομμυρίων ετών φωτός, αλλά αφήστε αυτή τη δήλωση να παραμείνει στη συνείδησή τους.)
Το νεφέλωμα της Ανδρομέδας περιέχει ένα τρισεκατομμύριο αστέρια. Λόγω της μεγάλης απόστασης, όλα αυτά τα φωτιστικά συγχωνεύονται για εμάς σε μια ελάχιστα διακριτή κηλίδα φωτός. Ταυτόχρονα, το μέγεθος του νεφελώματος της Ανδρομέδας είναι κολοσσιαίο. Ακόμη και σε μια τόσο γιγάντια απόσταση, το γωνιακό του μέγεθος είναι εξαπλάσιο της διαμέτρου Πανσέληνος. Ωστόσο, τόσο λίγα φωτόνια φτάνουν σε εμάς από αυτόν τον γαλαξία που είναι μόλις ορατός στον νυχτερινό ουρανό.
Όριο οπτικής οξύτητας
Γιατί δεν μπορούμε να δούμε μεμονωμένα αστέρια στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας; Γεγονός είναι ότι η ανάλυση ή η οξύτητα της όρασης έχει τους περιορισμούς της. (Η οπτική οξύτητα αναφέρεται στην ικανότητα διάκρισης στοιχείων όπως ένα σημείο ή μια γραμμή ως ξεχωριστά αντικείμενα που δεν συγχωνεύονται με γειτονικά αντικείμενα ή με το φόντο.)
Στην πραγματικότητα, η οπτική οξύτητα μπορεί να περιγραφεί με τον ίδιο τρόπο όπως η ανάλυση μιας οθόνης υπολογιστή - ως προς το ελάχιστο μέγεθος των pixel που μπορούμε ακόμα να διακρίνουμε ως μεμονωμένα σημεία.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας SPLΛεζάντα εικόνας Αρκετά φωτεινά αντικείμενα μπορούν να φανούν σε απόσταση αρκετών ετών φωτόςΤα όρια οπτικής οξύτητας εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες - όπως η απόσταση μεταξύ μεμονωμένων κώνων και ράβδων στον αμφιβληστροειδή. Εξίσου σημαντικό ρόλο παίζουν τα οπτικά χαρακτηριστικά του βολβός του ματιού, εξαιτίας του οποίου δεν προσπίπτει κάθε φωτόνιο σε ένα φωτοευαίσθητο κύτταρο.
Θεωρητικά, οι μελέτες δείχνουν ότι η οπτική μας οξύτητα περιορίζεται από την ικανότητά μας να βλέπουμε περίπου 120 pixel ανά γωνιακή μοίρα (μονάδα γωνιακής μέτρησης).
Μια πρακτική απεικόνιση των ορίων της ανθρώπινης οπτικής οξύτητας μπορεί να είναι ένα αντικείμενο στο μέγεθος ενός νυχιού που βρίσκεται στο μήκος του χεριού, με 60 οριζόντιες και 60 κάθετες γραμμές εναλλασσόμενων λευκών και μαύρων χρωμάτων πάνω του, σχηματίζοντας ένα είδος σκακιέρας. «Είναι ίσως το μικρότερο σχέδιο που μπορεί να διακρίνει ακόμα το ανθρώπινο μάτι», λέει ο Landy.
Οι πίνακες που χρησιμοποιούν οι οφθαλμίατροι για τον έλεγχο της οπτικής οξύτητας βασίζονται σε αυτήν την αρχή. Ο πιο διάσημος πίνακας Sivtsev στη Ρωσία αποτελείται από σειρές μαύρων κεφαλαίων γραμμάτων σε λευκό φόντο, το μέγεθος της γραμματοσειράς των οποίων γίνεται μικρότερο με κάθε σειρά.
Η οπτική οξύτητα ενός ατόμου καθορίζεται από το μέγεθος της γραμματοσειράς στην οποία παύει να βλέπει καθαρά τα περιγράμματα των γραμμάτων και αρχίζει να τα μπερδεύει.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας ThinkstockΛεζάντα εικόνας Τα γραφήματα οπτικής οξύτητας χρησιμοποιούν μαύρα γράμματα σε λευκό φόντο.Είναι το όριο της οπτικής οξύτητας που εξηγεί το γεγονός ότι δεν μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι βιολογικό κύτταρο, που έχει μέγεθος μόνο λίγα μικρόμετρα.
Αλλά μην στεναχωριέσαι για αυτό. Η ικανότητα να διακρίνουμε ένα εκατομμύριο χρώματα, να συλλαμβάνουμε μεμονωμένα φωτόνια και να βλέπουμε γαλαξίες σε απόσταση λίγων εκατομμυρίων χιλιομέτρων είναι ένα πολύ καλό αποτέλεσμα, δεδομένου ότι η όρασή μας παρέχεται από ένα ζευγάρι μπάλες που μοιάζουν με ζελέ στις κόγχες των ματιών, συνδεδεμένες με ένα 1,5 kg. πορώδης μάζα στο κρανίο.
