Астрономическая оптика - Мaксутов Д.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Контрастом у назовем величину
— = —вГ* <78>
Пока контраст велик, глаз совершенно уверенно распознает, что одна часть поля ярче другой. Начнем снижать контраст
до такого значения, при котором глаз еще различает его на пределе. Такой предельно ра з личимый контраст обозначим буквой у0; оказывается, что у0 есть функция яркости В1ч имеющая наименьшие значения при яркостях не выше и не ниже некоторых, установленных экспериментом.
Опытный наблюдатель при благоприятно подобранном освещении и в случае достаточно протяженных соприкасающихся полей спо-рис. 53. собен различить контраст
»1/200=0.5%; но, во-первых, это число относится к сравнительно редким наблюдателям и, во-вторых, условия двух полей рис 53 являются идеализированными и редко встречающимися на практике. Поэтому средний наблюдатель уверенно различает контрасты порядка 1.5—2% в условиях оптимальной яркости поля. Ввиду трудности и субъективности эксперимента значения контрастной чувствительности среднего глаза у различных авторов довольно сильно различаются.
Таблица 32
сб 10~9 Ю-8 ю-6 10"5 ю-4 10~3 10~2 ю-1 1
То, % 100 50 29 14 5.3 2.7 1.8 1.7 1.8 2.2
В табл. 32 приведены значения предельно различимого контраста То по Наттингу для различных яркостей поля В, измеряемых в стильбах.
Откладывая по оси абсцисс рис. 54 логарифмы яркости ^ В, а по оси ординат — предельно различимый контраст у0, построим
152
кривую у0=сР (В)- Обратная ей кривая 1/у0, изображенная на рисунке пунктиром, характеризует контрастную чувствительность глаза. Контрастная чувствительность глаза высока, а значит, предельно различимый контраст мал, когда яркость наблюдаемого объекта измеряется десятыми, сотыми, тысячными и десятитысячными долями стильба. Так, при яркостях в пределах от 0.0005 до 0.4 сб предельно различимый контраст ниже 2%. Если это справедливо для среднего наблюдателя, то для искусного и опытного наблюдателя у0 может опуститься до 1 % в том же интервале яркостей; поэтому принятая нами ранее величина у0=1.5% является достаточно обоснованной и правдоподобной.
При наблюдении туманностей, яркость которых имеет порядок 10~7 сб (табл. 14), мы едва разли- ^ % чаем контрасты порядка 30%, и л' это при равнозрачковом или близком к нему увеличении; а потому нет ничего удивительного, что ^детали туманностей (напри-мер7 спиральное строение внегалактических туманностей) усматриваются лишь на пределе в самые мощные телескопы и что только фотография способна рассказать нам с достаточной' полнотой об их истинной форме.
Все предыдущие рассужде-| ния о различении контрастов справедливы лишь при условии, что глаз адаптирован к наблюдае-;
мой яркости. А так как адаптация, т. е. приспособление глаза к условиям освещения, требует времени и притом значительного, то при переходе со света к наблюдению слабосветящихся объектов, например туманностей, мы первое время ничего не различаем, несмотря на наличие достаточных для различения контраста и яркости. Таким же образом при переходе из темноты на свет глаз не различает значительных, более чем доступных для различения контрастов, но испытывает слепящее действие от таких яркостей, которые не только не раздражают его в обычных условиях наблюдений, но даже являются оптимальными.
Вкратце механизм адаптации обусловлен четырьмя факторами: 1) изменением диаметра глазного зрачка, регулирующего освещенность на сетчатке; 2) восстановлением чувствительности нервных окончаний после сильных раздражений; 3) восстановлением светочувствительности особого вещества — зрительного пурпура; 4) перемещением пигментного поглощающего свет вещества, защищающего от света зрительные окончания или, наоборот, их оголяющего. Первый и четвертый факторы вызваны физиологической причиной, но имеют чисто физические смысл и последствия;
-8 -7 -0 -5 -4 -3 ЦВ(с6)
Рис. 54.
153
второй фактор — вполне физиологического характера, а третий фактор — характера физико-химического.
& I Различают два вида адаптации: адаптацию к свету и адаптацию к темноте. Первая протекает значительно быстрее второй и не представляет для астронома особого интереса; вторая чрезвычайно важна для астронома-наблюдателя, и завершается она через сравнительно большой [отрезок времени после перехода
глаза со света в темноту.
При адаптации глаза к темноте его пороговая чувствительность к световым раздражениям значительно превосходит светочувствительность лучших физических приборов, а именно: световая энергия мощностью 2,5 -Ю-9 эрг/с достаточна, чтобы вызвать в глазу первые следы светового раздражения. Но такую чувствительность глаз приобретает в темноте не сразу. Рис. 55 изображает зависимость чувствительности глаза от времени ? пребывания глаза в темноте, если предварительно он находился на ярком свету.
Так, в первые 10 мин пребывания в темноте чувствительность глаза еще очень мала; она затем возрастает приблизительно в 100 раз по прошествии последующих 50 мин, начиная от 10-й и кончая 60-й минутой, когда достигается почти полная адаптация глаза к темноте.
Начинается же кривая рис. 55 практически с нуля, и если сравнить чувствительности глаза после полуминутного пребывания в темноте и после часового, то во втором случае чувствительность глаза оказывается в —10 000 раз большей.
