Географският диапазон на видимост на обектите в морето D p се определя от най-голямото разстояние, на което наблюдателят ще види върха му над хоризонта, т.е. зависи само от геометрични фактори, свързващи височината на окото на наблюдателя e и височината на ориентира h при индекса на пречупване c (фиг. 1.42):
където D e и D h са разстоянията на видимия хоризонт съответно от височината на окото на наблюдателя и височината на обекта. Че. се нарича диапазонът на видимост на обект, изчислен от височината на окото на наблюдателя и височината на обекта географски или геометричен диапазон на видимост.
Изчисляването на географския диапазон на видимост на обект може да се направи с помощта на таблицата. 2.3 MT – 2000 по аргументи e и h или по табл. 2.1 MT – 2000 чрез сумиране на резултатите, получени чрез двукратно въвеждане в таблицата с аргументи e и h. Можете също така да получите Dp, като използвате номограмата на Струйски, която е дадена в MT - 2000 под номер 2.4, както и във всяка книга „Светлини“ и „Светлини и знаци“ (фиг. 1.43).
На морските навигационни карти и в ръководствата за навигация географският обхват на видимост на ориентирите е даден за постоянна височина на окото на наблюдателя e = 5 m и е обозначен като D k - обхватът на видимост, посочен на картата.
Замествайки стойността e = 5 m във формула (1.126), получаваме:
За определяне на D p е необходимо да се въведе корекция D D към D k, чиято стойност и знак се определят по формулата:
Ако действителната височина на окото е повече от 5 m, тогава DD има знак "+", ако е по-малък - знак "-". По този начин:
. (1.129)
Стойността на Dp зависи и от зрителната острота, която се изразява в ъгловата разделителна способност на окото, т.е. се определя и от най-малкия ъгъл, при който обектът и линията на хоризонта се разграничават отделно (фиг. 1.44).
В съответствие с формула (1.126)
Но поради разделителната способност на окото g, наблюдателят ще види обект само когато неговите ъглови размери не са по-малки от g, т.е. когато се вижда над линията на хоризонта с поне Dh, което от елементарния DA¢CC¢ при ъгли C и C¢ близки до 90° ще бъде Dh = D p × g¢.
За да получите D p g в мили с Dh в метри:
където D p g е географският обхват на видимост на обект, като се вземе предвид разделителната способност на окото.
Практическите наблюдения са установили, че когато маякът е отворен, g = 2 ¢, а когато е скрит, g = 1,5 ¢.
Пример. Намерете географския диапазон на видимост на фар с височина h = 39 m, ако височината на окото на наблюдателя е e = 9 m, без и като вземете предвид разделителната способност на окото g = 1,5 ¢.
Влияние на хидрометеорологичните фактори върху видимостта на светлините
В допълнение към геометричните фактори (e и h), диапазонът на видимост на забележителностите се влияе и от контраста, който позволява забележителността да бъде разграничена от околния фон.
Обхватът на видимост на забележителностите през деня, който също отчита контраста, се нарича диапазон на оптична видимост през деня.
За осигуряване на безопасно корабоплаване през нощта се използва специално навигационно оборудване със светлинно-оптични устройства: маяци, светещи навигационни знаци и навигационни светлини.
морски фар -Това е специална постоянна структура с диапазон на видимост на бели или цветни светлини, свързани с нея, от поне 10 мили.
Светещ знак за морска навигация- капитална конструкция, която има светлинно-оптичен апарат с обхват на видимост на бели или цветни светлини, намален до него на по-малко от 10 мили.
Морска навигационна светлина- осветително устройство, монтирано върху естествени обекти или конструкции с неспециална конструкция. Такива помощни средства за навигация често работят автоматично.
През нощта диапазонът на видимост на фаровите светлини и светещите навигационни знаци зависи не само от височината на окото на наблюдателя и височината на светещата навигационна помощ, но и от силата на източника на светлина, цвета на огъня, дизайн на светооптичния апарат, както и върху прозрачността на атмосферата.
Диапазонът на видимост, който отчита всички тези фактори, се нарича диапазон на оптична видимост през нощта,тези. това е максималният диапазон на видимост на пожара в даден момент за даден диапазон на метеорологична видимост.
Обхват на метеорологична видимостзависи от прозрачността на атмосферата. Част от светлинния поток на светлините на осветените средства за навигация се абсорбира от частици, съдържащи се във въздуха, поради което настъпва отслабване на светлинния интензитет, характеризиращо се с коефициент на прозрачност на атмосферата t:
където I 0 е интензитетът на светлината на източника; I 1 - интензитет на светлината на определено разстояние от източника, взето като единица (1 км, 1 миля).
Коефициентът на прозрачност на атмосферата винаги е по-малък от единица, така че обхватът на географската видимост обикновено е по-голям от действителния, освен в аномални случаи.
Прозрачността на атмосферата в точки се оценява по скалата за видимост на таблица 5.20 MT - 2000 в зависимост от състоянието на атмосферата: дъжд, мъгла, сняг, мъгла и др.
Тъй като оптичният обхват на светлините варира значително в зависимост от прозрачността на атмосферата, Международната асоциация на властите на фаровете (IALA) препоръча използването на термина „номинален обхват“.
Номинален диапазон на видимост на пожарасе нарича обхват на оптична видимост при обхват на метеорологична видимост от 10 мили, което съответства на коефициента на прозрачност на атмосферата t = 0,74. Номиналният диапазон на видимост е посочен в навигационните ръководства на много чужди страни. Вътрешните карти и ръководствата за навигация показват стандартния диапазон на видимост (ако е по-малък от географския диапазон на видимост).
Стандартен диапазон на видимостПожарът се нарича обхват на оптична видимост с обхват на метеорологична видимост от 13,5 мили, което съответства на коефициента на прозрачност на атмосферата t = 0,8.
В навигационните ръководства „Светлини“, „Светлини и знаци“, в допълнение към таблицата на диапазона на видимия хоризонт и номограмата на диапазона на видимост на обектите, има и номограма на оптичния диапазон на видимост на светлините (фиг. 1.45). Същата номограма е дадена в МТ - 2000 под номер 2.5.
Входящите данни за номограмата са светлинен интензитет или номинален или стандартен визуален диапазон (получен от навигационни средства) и метеорологичен визуален диапазон (получен от метеорологичната прогноза). Използвайки тези аргументи, оптичният диапазон на видимост се получава от номограмата.
Когато проектират маяци и светлини, те се стремят да гарантират, че обхватът на оптичната видимост е равен на обхвата на географската видимост при ясно време. За много светлини обаче обхватът на оптичната видимост е по-малък от географския обхват. Ако тези диапазони не са равни, тогава на картите и в ръководствата за навигация се посочва по-малкият от тях.
За практически изчисления на очаквания диапазон на видимост на пожара през деняНеобходимо е да се изчисли D p по формулата (1.126) въз основа на височините на окото на наблюдателя и ориентира. През нощта: а) ако обхватът на оптичната видимост е по-голям от географския, е необходимо да се направи корекция за височината на окото на наблюдателя и да се изчисли обхватът на географската видимост по формули (1.128) и (1.129). Приемете по-малкото от оптическите и географските изчисления с помощта на тези формули; б) ако обхватът на оптичната видимост е по-малък от географския, приемете оптичния обхват.
Ако на картата има огън или фар D k< 2,1 h + 4,7 , то поправку DД вводить не нужно, т.к. эта дальность видимости оптическая меньшая географической дальности видимости.
Пример. Височината на окото на наблюдателя е e = 11 m, обхватът на видимост на огъня, посочен на картата, е D k = 16 мили. Номиналният обхват на видимост на фара от ръководството за навигация „Светлини“ е 14 мили. Обхват на метеорологичната видимост 17 мили. На какво разстояние можем да очакваме фарът да запали?
Според номограмата Dopt » 19,5 мили.
Чрез e = 11m ® D e = 6,9 мили
D 5 = 4,7 мили
DD =+2,2 мили
D k = 16,0 мили
D n = 18,2 мили
Отговор: Можете да очаквате да откриете огън от разстояние 18,2 мили.
Морски карти. Картографски проекции. Напречна равноъгълна цилиндрична проекция на Гаус и нейното използване в навигацията. Перспективни проекции: стереографски, гномонични.
Картата е намалено изкривено изображение на сферичната повърхност на Земята върху равнина, при условие че изкривяванията са естествени.
Планът е изображение на земната повърхност в равнина, което не е изкривено поради малката площ на изображението.
Картографската мрежа е набор от линии, изобразяващи меридиани и паралели на карта.
Картографската проекция е математически базиран начин за изобразяване на меридиани и паралели.
Географската карта е условно изображение на цялата земна повърхност или част от нея, построено в дадена проекция.
Картите се различават по предназначение и мащаб, например: планисферни - изобразяват цялата Земя или полукълбо, общи или общи - изобразяват отделни държави, океани и морета, частни - изобразяват по-малки пространства, топографски - изобразяват детайли от земната повърхност, орографски - релефни карти , геоложки - поява на пластове и др.
Морските карти са специални географски карти, предназначени основно за подпомагане на навигацията. В общата класификация на географските карти те се класифицират като технически. Особено място сред морските карти заемат MNC, които служат за начертаване на курса на кораба и определяне на мястото му в морето. Колекцията на кораба може да съдържа и помощни и справочни карти.
Класификация на картографските проекции.
Според естеството на изкривяванията всички картографски проекции се разделят на:
- Конформни или конформни - проекции, при които фигурите на картите са подобни на съответните фигури на повърхността на Земята, но площите им не са пропорционални. Ъглите между обектите на земята съответстват на тези на картата.
- Равни или еквивалентни – при които се запазва пропорционалността на площите на фигурите, но същевременно се нарушават ъглите между обектите.
- Равноотдалечено - запазване на дължината по една от основните посоки на елипсата на изкривяванията, т.е. например кръг на земята върху карта се изобразява като елипса, в която една от полуосите е равна на радиуса на такава кръг.
- Произволни - всички останали, които нямат горните свойства, но са предмет на други условия.
Въз основа на метода на конструиране на прогнози те се разделят на:
|
, ортографски - когато гледната точка е отстранена до безкрайност, външна - гледната точка е на крайно разстояние по-далеч от противоположния полюс на сферата, централна или гномонична - когато гледната точка е в центъра на сферата. Перспективните проекции не са нито конформни, нито еквивалентни. Измерването на разстояния на карти, изградени в такива проекции, е трудно, но дъгата на голям кръг е изобразена като права линия, което е удобно при начертаване на радиовръзки, както и курсове при плаване по DBC. Примери. В тази проекция могат да се съставят и карти на околополярните региони. В зависимост от точката на контакт на картинната равнина гномоничните проекции се разделят на: нормални или полярни - докосващи се в един от полюсите напречни или екваториални - докосващи се в екватора 
хоризонтална или наклонена - докосваща се във всяка точка между полюса и екватора (меридианите на картата в такава проекция са лъчи, отклоняващи се от полюса, а паралелите са елипси, хиперболи или параболи. 
Въпрос No10.
Разстояние на видимия хоризонт. Обхват на видимост на обекта...
Диапазон на видимост на географския хоризонт
Нека височината на окото на наблюдателя, намиращ се в точката а"над морското равнище, равно на д(фиг. 1.15). повърхността на Земята под формата на сфера с радиус R
Зрителните лъчи, отиващи към А" и допирателни към повърхността на водата във всички посоки, образуват малък кръг KK", който се нарича теоретично видима линия на хоризонта.
Поради различната плътност на атмосферата във височина светлинният лъч не се разпространява праволинейно, а по определена крива А"Б, която може да бъде апроксимирана от окръжност с радиус ρ .
Явлението кривината на зрителния лъч в земната атмосфера се нарича земна рефракцияи обикновено увеличава обхвата на теоретично видимия хоризонт. наблюдателят вижда не KK", а линията BB", която е малък кръг, по който повърхността на водата докосва небето видимия хоризонт на наблюдателя.
Коефициентът на земна рефракция се изчислява по формулата. Средната му стойност:
Ъгъл на пречупванеr определен, както е показано на фигурата, от ъгъла между хордата и допирателната към окръжността на радиусаρ .
Сферичният радиус A"B се нарича географски или геометричен диапазон на видимия хоризонт De. Този обхват на видимост не отчита прозрачността на атмосферата, т.е. приема се, че атмосферата е идеална с коефициент на прозрачност m = 1.
Нека начертаем равнината на истинския хоризонт H през точка A", тогава вертикалният ъгъл d между H и допирателната към зрителния лъч A"B ще се нарича наклон на хоризонта
В морските маси MT-75 има маса. 22 „Диапазон на видимия хоризонт”, изчислен по формула (1.19).
Обхват на географска видимост на обектите
Географски диапазон на видимост на обекти в морето dp, както следва от предходния параграф, ще зависи от стойността д- височина на окото на наблюдателя, магнитуд ч- височината на обекта и коефициента на пречупване х.
Стойността на Dp се определя от най-голямото разстояние, на което наблюдателят ще види върха му над линията на хоризонта. В професионалната терминология съществува понятието диапазон, както и моменти"отворен" И"затваряне" навигационен ориентир, като фар или кораб. Изчисляването на такъв диапазон позволява на навигатора да има допълнителна информация за приблизителното положение на кораба спрямо ориентира.
където Dh е диапазонът на видимост на хоризонта от височината на обекта
На морските навигационни карти обхватът на географската видимост на навигационните ориентири е даден за височината на окото на наблюдателя e = 5 m и се обозначава като Dk - обхватът на видимост, посочен на картата. В съответствие с (1.22) се изчислява, както следва:
Съответно, ако e се различава от 5 m, тогава за да се изчисли Dp към обхвата на видимост на картата, е необходимо изменение, което може да се изчисли, както следва:
Няма съмнение, че Dp зависи от физиологичните характеристики на окото на наблюдателя, от зрителната острота, изразена в разделителна способност. при.
Ъглова резолюция- това е най-малкият ъгъл, при който два обекта се различават от окото като отделни, т.е. в нашата задача това е способността да правим разлика между обект и линията на хоризонта.
Нека разгледаме фиг. 1.18. Нека запишем формалното равенство
Поради разделителната способност на обекта, обектът ще бъде видим само ако неговите ъглови размери са не по-малки от при, т.е. ще има височина над линията на хоризонта най-малко СС". Очевидно y трябва да намали диапазона, изчислен с помощта на формули (1.22). Тогава
Сегментът CC" всъщност намалява височината на обект A.
Ако приемем, че в ∆A"CC" ъглите C и C" са близки до 90°, намираме
Ако искаме да получим Dp y в мили и SS" в метри, тогава формулата за изчисляване на обхвата на видимост на обект, като се вземе предвид разделителната способност на човешкото око, трябва да се сведе до формата
Влиянието на хидрометеорологичните фактори върху обхвата на видимост на хоризонта, обектите и светлините
Диапазонът на видимост може да се тълкува като априорен диапазон, без да се взема предвид текущата прозрачност на атмосферата, както и контрастът на обекта и фона.
Диапазон на оптична видимост- това е диапазонът на видимост, в зависимост от способността на човешкото око да различи обект по неговата яркост на определен фон или, както се казва, да различи определен контраст.
Диапазонът на оптичната видимост през деня зависи от контраста между наблюдавания обект и фона на района. Диапазон на оптична видимост през деня представлява най-голямото разстояние, при което видимият контраст между обекта и фона става равен на праговия контраст.
Диапазон на оптична видимост през нощтатова е максималният обхват на видимост на пожара в даден момент, определен от интензитета на светлината и текущата метеорологична видимост.
Контрастът K може да се определи, както следва:
Където Vf е фоновата яркост; Bp е яркостта на обекта.
Минималната стойност на K се нарича праг на контрастна чувствителност на окотои е средно 0,02 за дневни условия и обекти с ъглови размери около 0,5°.
Част от светлинния поток от светлините на фара се абсорбира от частици във въздуха, което води до отслабване на интензитета на светлината. Това се характеризира с коефициента на прозрачност на атмосферата
Където аз0 - интензитет на светлината на източника; /1 - светлинен интензитет на определено разстояние от източника, взет за единица.
ДА СЕ 
коефициентът на прозрачност на атмосферата винаги е по-малък от единица, което означава географски обхват- това е теоретичният максимум, който в реални условия обхватът на видимост не достига, с изключение на аномални случаи.
Оценката на прозрачността на атмосферата в точки може да се направи с помощта на скала за видимост от маса 51 МТ-75в зависимост от състоянието на атмосферата: дъжд, мъгла, сняг, мъгла и др.
Така възниква концепцията диапазон на метеорологична видимост, което зависи от прозрачността на атмосферата.
Номинален диапазон на видимостпожар се нарича обхват на оптична видимост с обхват на метеорологична видимост от 10 мили (ד = 0,74).
Терминът се препоръчва от Международната асоциация на органите на фаровете (IALA) и се използва в чужбина. На вътрешните карти и в ръководствата за навигация е посочен стандартният обхват на видимост (ако е по-малък от географския).
Стандартен диапазон на видимост- това е оптичният обхват с метеорологична видимост от 13,5 мили (ד = 0,80).
Ръководствата за навигация „Светлини” и „Светлини и знаци” съдържат таблица на диапазона на видимост на хоризонта, номограма на видимостта на обекта и номограма на диапазона на оптичната видимост. Номограмата може да се въведе по интензитет на светлината в кандели, по номинален (стандартен) обхват и по метеорологична видимост, което води до оптичния обхват на видимост на пожара (фиг. 1.19).
Навигаторът трябва експериментално да натрупа информация за диапазоните на отваряне на конкретни светлини и знаци в навигационната зона при различни метеорологични условия.
Диапазон на видимост на хоризонта
Линията, наблюдавана в морето, по която морето сякаш се свързва с небето, се нарича видимия хоризонт на наблюдателя.
Ако окото на наблюдателя е на височина Яжтенад морското равнище (т.е. Аориз. 2.13), тогава линията на видимост, минаваща тангенциално към земната повърхност, определя малък кръг на земната повърхност ааа, радиус д.
Ориз. 2.13. Диапазон на видимост на хоризонта
Това би било вярно, ако Земята не беше заобиколена от атмосфера.
Ако вземем Земята като сфера и изключим влиянието на атмосферата, тогава от правоъгълен триъгълник ОАаследва: OA=R+e
Тъй като стойността е изключително малка ( За д = 50мпри Р = 6371км – 0,000004 ), тогава най-накрая имаме:
Под влияние на земното пречупване, в резултат на пречупването на зрителния лъч в атмосферата, наблюдателят вижда хоризонта по-нататък (в кръг bb).
(2.7)
Където х– коефициент на земна рефракция (» 0,16).
Ако вземем обхвата на видимия хоризонт Д дв мили и височината на окото на наблюдателя над морското равнище ( Яжте) в метри и заменете стойността на радиуса на Земята ( Р=3437,7 мили = 6371 км), тогава най-накрая получаваме формулата за изчисляване на обхвата на видимия хоризонт
(2.8)
Например:1) д = 4 m D e = 4,16 мили; 2) д = 9 m D e = 6,24 мили;
3) д = 16 m D e = 8,32 мили; 4) д = 25 m D e = 10,4 мили.
Използвайки формула (2.8), таблица № 22 "МТ-75" (стр. 248) и таблица № 2.1 "МТ-2000" (стр. 255) са съставени съгласно ( Яжте) от 0,25 м¸ 5100 м. (виж таблица 2.2)
Диапазон на видимост на забележителностите в морето
Ако наблюдател, чиято височина на очите е на височината Яжтенад морското равнище (т.е. Аориз. 2.14), наблюдава линията на хоризонта (т.е. IN) на разстояние D e (мили), след това по аналогия и от референтна точка (т.е. б), чиято височина над морското равнище ч М, видим хоризонт (т.е. IN) наблюдавани от разстояние D h (мили).
Ориз. 2.14. Диапазон на видимост на забележителностите в морето
От фиг. 2.14 е очевидно, че диапазонът на видимост на обект (ориентир), имащ височина над морското равнище ч М, от височината на окото на наблюдателя над морското равнище Яжтеще се изрази с формулата:
Формула (2.9) се решава с помощта на таблица 22 “MT-75” p. 248 или таблица 2.3 “MT-2000” (стр. 256).
Например: д= 4 м, ч= 30 м, Д П = ?
Решение:За д= 4 m® Д д= 4,2 мили;
За ч= 30 m® D h= 11,4 мили.
Д П= D e + D h= 4,2 + 11,4 = 15,6 мили.
Ориз. 2.15. Номограма 2.4. "MT-2000"
Формула (2.9) може да бъде решена и с помощта на Приложения 6към "MT-75"или номограма 2.4 “MT-2000” (стр. 257) ® фиг. 2.15.
Например: д= 8 м, ч= 30 м, Д П = ?
Решение:Стойности д= 8 m (дясна скала) и ч= 30 m (лява скала) свържете с права линия. Пресечната точка на тази линия със средната скала ( Д П) и ще ни даде желаната стойност 17,3 мили. (виж таблицата 2.3 ).
Диапазон на географска видимост на обектите (от таблица 2.3. "MT-2000")
Забележка:
Височината на навигационния ориентир над морското равнище се избира от навигационното ръководство за навигация "Светлини и знаци" ("Светлини").
2.6.3. Диапазон на видимост на светлината на ориентира, показана на картата (фиг. 2.16)
Ориз. 2.16. Показани са диапазони на видимост на светлината на фара
На навигационните морски карти и в ръководствата за навигация обхватът на видимост на светлината на ориентира е даден за височината на окото на наблюдателя над морското равнище д= 5 m, т.е.:
Ако действителната височина на окото на наблюдателя над морското равнище се различава от 5 m, тогава за определяне на обхвата на видимост на светлината на ориентира е необходимо да се добави към обхвата, показан на картата (в ръководството) (ако д> 5 m), или извадете (ако д < 5 м) поправку к дальности видимости огня ориентира (DД К), показано на картата за височината на окото.
(2.11)
(2.12)
Например: Д К= 20 мили, д= 9 м.
д ОТНОСНО = 20,0+1,54=21,54мили
Тогава: дОТНОСНО = д K + ∆д ДА СЕ = 20,0+1,54 =21,54 мили
Отговор: Д О= 21,54 мили.
Задачи за изчисляване на обхвати на видимост
А) Видим хоризонт ( Д д) и забележителност ( Д П)
Б) Откриване на огъня на фара
заключения
1. Основните за наблюдателя са:
а)самолет:
Равнина на истинския хоризонт на наблюдателя (PLI);
Равнината на истинския меридиан на наблюдателя (PL).
Равнината на първия вертикал на наблюдателя;
б)линии:
Отвесът (нормален) на наблюдателя,
Истинската меридианна линия на наблюдателя ® обедна линия N-S;
Линия Е В.
2. Системите за броене на посоката са:
Кръгъл (0°¸360°);
Полукръгла (0°¸180°);
Четвъртинна нота (0°¸90°).
3. Всяка посока на земната повърхност може да бъде измерена чрез ъгъл в равнината на истинския хоризонт, като за начало се вземе линията на истинския меридиан на наблюдателя.
4. Истинските посоки (IR, IP) се определят на кораба спрямо северната част на истинския меридиан на наблюдателя, а CU (ъгъл на насочване) - спрямо носа на надлъжната ос на кораба.
5. Обхват на видимия хоризонт на наблюдателя ( Д д) се изчислява по формулата:
.
6. Обхватът на видимост на навигационен ориентир (при добра видимост през деня) се изчислява по формулата:
7. Диапазон на видимост на светлината на навигационния ориентир, според обхвата му ( Д К), показано на картата, се изчислява по формулата:
, Където 
.
Земната повърхност се извива и изчезва от погледа на разстояние от 5 километра. Но нашата зрителна острота ни позволява да виждаме далеч отвъд хоризонта. Ако Земята беше плоска или ако стоите на върха на планина и гледате много по-голяма площ от планетата от обикновено, ще можете да видите ярки светлини на стотици километри. В тъмна нощ можете дори да видите пламъка на свещ, разположен на 48 километра.
Колко далеч може да види човешкото око зависи от това колко частици светлина или фотони са излъчени от отдалечен обект. Най-отдалеченият обект, видим с просто око, е мъглявината Андромеда, разположена на огромно разстояние от 2,6 милиона светлинни години от Земята. Един трилион звезди на галактиката излъчват общо достатъчно светлина, за да накарат няколко хиляди фотона да ударят всеки квадратен сантиметър от земната повърхност всяка секунда. В тъмна нощ това количество е достатъчно, за да активира ретината.
През 1941 г. специалистът по зрението Селиг Хехт и колегите му от Колумбийския университет направиха това, което все още се счита за надеждна мярка за абсолютен зрителен праг - минималният брой фотони, които трябва да ударят ретината, за да произведат зрително съзнание. Експериментът определи прага при идеални условия: на очите на участниците беше дадено време да се приспособят напълно към абсолютната тъмнина, синьо-зелената светкавица, действаща като стимул, имаше дължина на вълната от 510 нанометра (към която очите са най-чувствителни), и светлината беше насочена към периферния ръб на ретината, изпълнен със светлочувствителни пръчковидни клетки. 
Според учените, за да могат участниците в експеримента да разпознаят такава светкавица в повече от половината от случаите, от 54 до 148 фотона трябваше да ударят очните ябълки. Въз основа на измервания на абсорбцията на ретината учените изчисляват, че средно 10 фотона действително се абсорбират от пръчките на човешката ретина. Така поглъщането на 5-14 фотона или съответно активирането на 5-14 пръчици показва на мозъка, че виждате нещо.
„Това наистина е много малък брой химически реакции“, отбелязват Хехт и колегите му в статия за експеримента.
Като взеха предвид абсолютния праг, яркостта на пламъка на свещта и очакваното разстояние, на което светещият обект затъмнява, учените заключиха, че човек може да различи слабото трептене на пламъка на свещ на разстояние от 48 километра.
Но на какво разстояние можем да разпознаем, че един обект е нещо повече от просто трептене на светлина? За да изглежда един обект пространствено разширен, а не точков, светлината от него трябва да активира поне два съседни конуса на ретината - клетките, отговорни за цветното зрение. При идеални условия обектът трябва да лежи под ъгъл от поне 1 ъглова минута или една шеста от градуса, за да възбуди съседни конуси. Тази ъглова мярка остава същата независимо дали обектът е близо или далеч (отдалеченият обект трябва да е много по-голям, за да бъде под същия ъгъл като близкия). Пълнолунието лежи под ъгъл от 30 ъглови минути, докато Венера е едва видима като разширен обект под ъгъл от около 1 ъглова минута.
Обекти с размерите на човек се различават като удължени на разстояние само около 3 километра. В сравнение на това разстояние можем ясно да различим двете
Говори за удивителните свойства на нашето зрение - от способността да виждаме далечни галактики до способността да улавяме привидно невидими светлинни вълни.
Огледайте стаята, в която се намирате - какво виждате? Стени, прозорци, цветни предмети – всичко това изглежда толкова познато и прието за даденост. Лесно е да забравим, че виждаме света около нас само благодарение на фотоните - светлинни частици, отразени от обекти и удрящи ретината.
В ретината на всяко от нашите очи има приблизително 126 милиона светлочувствителни клетки. Мозъкът дешифрира информацията, получена от тези клетки за посоката и енергията на падащите върху тях фотони и я превръща в разнообразие от форми, цветове и интензитет на осветяване на околните обекти.
Човешкото зрение има своите граници. По този начин не сме в състояние нито да видим радиовълни, излъчвани от електронни устройства, нито да видим най-малките бактерии с просто око.
Благодарение на напредъка във физиката и биологията могат да се определят границите на естественото зрение. „Всеки обект, който виждаме, има определен „праг“, под който спираме да го разпознаваме“, казва Майкъл Ланди, професор по психология и невробиология в Нюйоркския университет.
Нека първо разгледаме този праг по отношение на нашата способност да различаваме цветовете - може би първата способност, която идва на ум във връзка със зрението.
Авторско право на илюстрация SPLНадпис на изображението Колбичките са отговорни за цветовото възприятие, а пръчиците ни помагат да видим нюанси на сивото при слаба светлинаНашата способност да различаваме, например, виолетовия цвят от магента е свързана с дължината на вълната на фотоните, удрящи ретината. В ретината има два вида светлочувствителни клетки - пръчици и колбички. Колбичките отговарят за цветовото възприятие (т.нар. дневно виждане), а пръчиците ни позволяват да виждаме нюанси на сивото при слаба светлина - например през нощта (нощно виждане).
Човешкото око има три вида конуси и съответен брой видове опсини, всеки от които е особено чувствителен към фотони със специфичен диапазон от дължини на светлинните вълни.
Конусите от S-тип са чувствителни към виолетово-синята, късовълнова част от видимия спектър; M-тип колбички са отговорни за зелено-жълто (средна дължина на вълната), а L-тип конуси са отговорни за жълто-червено (дълга дължина на вълната).
Всички тези вълни, както и техните комбинации, ни позволяват да видим пълната гама от цветове на дъгата. „Всички източници на видима човешка светлина, с изключение на някои изкуствени (като рефрактивна призма или лазер), излъчват смес от дължини на вълните с различни дължини на вълните“, казва Ланди.
Авторско право на илюстрация ThinkstockНадпис на изображението Не целият спектър е добър за нашите очи...От всички фотони, съществуващи в природата, нашите конуси са способни да откриват само тези, характеризиращи се с дължини на вълните в много тесен диапазон (обикновено от 380 до 720 нанометра) - това се нарича спектър на видимата радиация. Под този диапазон са инфрачервеният и радиоспектърът - дължините на вълните на нискоенергийните фотони на последните варират от милиметри до няколко километра.
От другата страна на видимия диапазон на дължина на вълната е ултравиолетовият спектър, последван от рентгеновите лъчи и след това спектърът на гама лъчите с фотони, чиято дължина на вълната е по-малка от трилионни от метъра.
Въпреки че повечето от нас имат ограничено зрение във видимия спектър, хората с афакия - липсата на леща в окото (в резултат на операция на катаракта или, по-рядко, вроден дефект) - могат да виждат ултравиолетови дължини на вълните.
При здраво око лещата блокира ултравиолетовите вълни, но при липсата й човек може да възприема вълни с дължина до около 300 нанометра като синьо-бял цвят.
Проучване от 2014 г. отбелязва, че в известен смисъл всички можем да видим инфрачервени фотони. Ако два такива фотона ударят една и съща клетка на ретината почти едновременно, тяхната енергия може да се натрупа, превръщайки невидимите вълни от, да речем, 1000 нанометра във видима дължина на вълната от 500 нанометра (повечето от нас възприемат вълни с тази дължина като студен зелен цвят). .
Колко цвята виждаме?
В здравото човешко око има три вида конуси, всеки от които е в състояние да различи около 100 различни нюанса на цвета. Поради тази причина повечето изследователи оценяват броя на цветовете, които можем да различим, на около милион. Цветоусещането обаче е много субективно и индивидуално.
Джеймсън знае какво говори. Тя изучава зрението на тетрахроматите - хора с наистина свръхчовешки способности да различават цветовете. Тетрахромазия е рядка и се среща в повечето случаи при жени. В резултат на генетична мутация те имат допълнителен, четвърти тип конус, който им позволява, по груби оценки, да виждат до 100 милиона цвята. (Хората с далтонисти или дихромати имат само два вида конуси - те могат да различат не повече от 10 000 цвята.)
Колко фотона са ни необходими, за да видим източник на светлина?
Като цяло конусите изискват много повече светлина, за да функционират оптимално от пръчките. Поради тази причина при слаба светлина способността ни да различаваме цветовете намалява и пръчките се задействат, осигурявайки черно-бяло зрение.
При идеални лабораторни условия, в областите на ретината, където пръчиците до голяма степен липсват, колбичките могат да се активират само от няколко фотона. Пръчките обаче вършат още по-добра работа при регистриране дори на най-слабата светлина.
Авторско право на илюстрация SPLНадпис на изображението След операция на очите някои хора стават способни да виждат ултравиолетова светлинаКакто показват експерименти, проведени за първи път през 40-те години на миналия век, един квант светлина е достатъчен, за да го видят очите ни. „Човек може да види един фотон“, казва Брайън Уондел, професор по психология и електроинженерство в Станфордския университет, „просто няма смисъл ретината да бъде по-чувствителна“.
През 1941 г. изследователи от Колумбийския университет провеждат експеримент - те завеждат субекти в тъмна стая и дават на очите им определено време да се адаптират. Пръчките изискват няколко минути, за да постигнат пълна чувствителност; Ето защо, когато изключим осветлението в една стая, за известно време губим способността да виждаме каквото и да било.
След това мигаща синьо-зелена светлина беше насочена към лицата на субектите. С вероятност, по-висока от обикновената вероятност, участниците в експеримента записаха проблясък на светлина, когато само 54 фотона удариха ретината.
Не всички фотони, достигащи до ретината, се откриват от светлочувствителните клетки. Като вземат предвид това, учените стигат до извода, че само пет фотона, активиращи пет различни пръчки в ретината, са достатъчни, за да може човек да види светкавица.
Най-малките и най-отдалечените видими обекти
Следният факт може да ви изненада: способността ни да виждаме обект изобщо не зависи от неговия физически размер или разстояние, а от това дали поне няколко фотона, излъчени от него, ще ударят нашата ретина.
„Единственото нещо, което окото трябва да види, е определено количество светлина, излъчено или отразено от обекта“, казва Ланди, „Всичко се свежда до броя на фотоните, които достигат до ретината, без значение колко малък е източникът на светлина. дори и да съществува за част от секундата, пак можем да го видим, ако излъчва достатъчно фотони."
Авторско право на илюстрация ThinkstockНадпис на изображението Окото се нуждае само от малък брой фотони, за да види светлина.В учебниците по психология често се съдържа твърдението, че в безоблачна тъмна нощ пламъкът на свещ може да се види от разстояние до 48 км. В действителност нашата ретина е постоянно бомбардирана от фотони, така че единичен квант светлина, излъчен от голямо разстояние, просто се губи на техния фон.
За да добием представа докъде можем да видим, нека погледнем нощното небе, осеяно със звезди. Размерът на звездите е огромен; много от тези, които виждаме с просто око, достигат милиони километри в диаметър.
Но дори най-близките до нас звезди се намират на разстояние над 38 трилиона километра от Земята, така че видимите им размери са толкова малки, че очите ни не могат да ги различат.
От друга страна, ние все още наблюдаваме звездите под формата на ярки точкови източници на светлина, тъй като излъчените от тях фотони преодоляват гигантските разстояния, които ни разделят, и попадат върху нашата ретина.
Авторско право на илюстрация ThinkstockНадпис на изображението Зрителната острота намалява с увеличаване на разстоянието до обектаВсички отделни видими звезди на нощното небе се намират в нашата галактика, Млечния път. Най-отдалеченият от нас обект, който човек може да види с невъоръжено око, се намира извън Млечния път и самият той е звезден куп - това е мъглявината Андромеда, разположена на разстояние 2,5 милиона светлинни години, или 37 квинтилиона км, от слънцето. (Някои хора твърдят, че в особено тъмни нощи тяхното остро зрение им позволява да видят галактиката Триъгълник, разположена на около 3 милиона светлинни години, но оставят това твърдение на съвестта си.)
Мъглявината Андромеда съдържа един трилион звезди. Поради голямото разстояние, всички тези светила се сливат за нас в едва видимо светлинно петно. Освен това размерът на мъглявината Андромеда е колосален. Дори на такова гигантско разстояние ъгловият му размер е шест пъти по-голям от диаметъра на пълната Луна. Въпреки това толкова малко фотони от тази галактика достигат до нас, че тя едва се вижда на нощното небе.
Граница на зрителната острота
Защо не можем да видим отделни звезди в мъглявината Андромеда? Факт е, че разделителната способност или зрителната острота има своите ограничения. (Зрителната острота се отнася до способността да се разграничават елементи като точка или линия като отделни обекти, които не се сливат със съседни обекти или фон.)
Всъщност зрителната острота може да се опише по същия начин като разделителната способност на компютърен монитор – в минималния размер на пикселите, които все още можем да различим като отделни точки.
Авторско право на илюстрация SPLНадпис на изображението Доста ярки обекти могат да се видят на разстояние няколко светлинни годиниОграниченията в зрителната острота зависят от няколко фактора, като разстоянието между отделните конуси и пръчици на ретината. Също толкова важна роля играят оптичните характеристики на самата очна ябълка, поради което не всеки фотон попада в светлочувствителната клетка.
На теория изследванията показват, че нашата зрителна острота е ограничена до способността да различаваме около 120 пиксела на ъглов градус (единица за ъглово измерване).
Практическа илюстрация на границите на човешката зрителна острота може да бъде обект, разположен на една ръка разстояние, с размер на нокът, върху който са нанесени 60 хоризонтални и 60 вертикални линии с редуващи се бели и черни цветове, образувайки подобие на шахматна дъска. „Очевидно това е най-малкият модел, който човешкото око все още може да различи“, казва Ланди.
На този принцип се основават таблиците, използвани от офталмолозите за изследване на зрителната острота. Най-известната таблица в Русия, Сивцев, се състои от редове черни главни букви на бял фон, чийто размер на шрифта става по-малък с всеки ред.
Зрителната острота на човек се определя от размера на шрифта, при който той престава да вижда ясно очертанията на буквите и започва да ги обърква.
Авторско право на илюстрация ThinkstockНадпис на изображението Диаграмите за зрителна острота използват черни букви на бял фонИменно границата на зрителната острота обяснява факта, че не можем да видим с просто око биологична клетка, чиито размери са само няколко микрометра.
Но няма нужда да скърбите за това. Способността да различаваме милиони цветове, да улавяме единични фотони и да виждаме галактики на няколко квинтилиони километра разстояние е доста добър резултат, като се има предвид, че нашето зрение се осигурява от чифт желеобразни топчета в очните кухини, свързани с 1,5 kg пореста маса в черепа.
