Удивительные способности человеческого глаза: космическое зрение и невидимые лучи. Как далеко может видеть глаз человека? Какой размер зазора видит глаз человека

От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг. Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь. Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света - фотонам - которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.

Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.

Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом. Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения. «Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», - говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.

Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму - простите за каламбур - что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.

Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью. Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс. Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.

У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно). Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные - красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу. «Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, - говорит Лэнди».

Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров - то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.

Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине - гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.

Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре. Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов. Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.

Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).

Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.

«Довольно трудно переложить это на цифры, - говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. - То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».

Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» - людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением. Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.

В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света. Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание. «Люди могут реагировать на один фотон, - говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде. - Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».

В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться. Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности - вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.

Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.

После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.

Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?

Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.

«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, - говорит Лэнди. - Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».

К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров. На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине. «Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», - говорит Лэнди.

Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения. Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь. И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике - . Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас. (Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).

Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.

Насколько острым может быть зрение?

Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения - это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино. Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.

Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке. Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.

Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки. «Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», - говорит Лэнди.

Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.

Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас - не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.

Поверхность Земли изгибается и пропадает из поля видимости на расстоянии 5 километров. Но острота нашего зрения позволяет видеть далеко за горизонт. Если бы Земля была плоской, или если б вы стояли на верху горы и смотрели на гораздо больший участок планеты, чем обычно, вы смогли бы увидеть яркие огни на расстоянии сотен километров. В темную ночь вам удалось бы даже увидеть пламя свечи, находящейся в 48 километрах от вас.

Насколько далеко может видеть человеческий глаз зависит от того, сколько частиц света, или фотонов, испускает удаленный объект. Самым далеким объектом, видимым невооруженным глазом, является Туманность Андромеды, расположенная на громадном расстоянии в 2,6 миллионов световых лет от Земли. Один триллион звезд этой галактики испускает в общей сложности достаточно света для того, чтоб несколько тысяч фотонов каждую секунду сталкивались с каждым квадратным сантиметром земной поверхности. В темную ночь этого количества достаточно для активизации сетчатки глаза.

В 1941 году специалист по вопросам зрения Селиг Гехт со своими коллегами из Колумбийского университета сделал то, что до сих пор считается надежным средством измерения абсолютного порога зрения - минимального количества фотонов, которые должны попасть в сетчатку, чтобы вызвать осознание визуального восприятия. Эксперимент устанавливал порог в идеальных условиях: глазам участников давали время, чтобы полностью привыкнуть к абсолютной темноте, сине-зеленая вспышка света, действующая как раздражитель, имела длину волны 510 нанометров (к которой глаза наиболее чувствительны), и свет был направлен на периферический край сетчатки, заполненный распознающими свет клетками палочками.

По данным ученых, для того, чтоб участники эксперимента смогли распознать такую вспышку света более чем в половине случаев, в глазные яблоки должно было попасть от 54 до 148 фотонов. На основании измерений ретинальной абсорбции ученые подсчитали, что в среднем 10 фотонов в действительности впитываются палочками сетчатки человека. Таким образом, абсорбция 5-14 фотонов или, соответственно, активация 5-14 палочек указывает мозгу, что вы что-то видите.

«Это действительно очень малое количество химических реакций», - отметили Гехт и его коллеги в статье об этом эксперименте.

Принимая во внимание абсолютный порог, яркость пламени свечи и расчетное расстояние, на котором светящийся объект тускнеет, ученые пришли к выводу, что человек может различить слабое мерцание пламени свечи на расстоянии 48 километров.

Объекты величиной с человека различимы как протяженные на расстоянии лишь около 3 километров. В сравнении на таком расстоянии мы смогли бы четко различить две фары автомобиля.Но на каком расстоянии мы можем распознать, что объект представляет собой нечто большее, чем просто мерцание света? Чтобы объект казался пространственно протяженным, а не точечным, свет от него должен активировать не менее двух смежных колбочек сетчатки - клеток, отвечающих за цветное зрение. В идеальных условиях объект должен лежать под углом не менее 1 аркминута, или одна шестая градуса, чтобы возбудить смежные колбочки. Эта угловая мера остается одной и той же вне зависимости от того, близко или далеко находится объект (удаленный объект должен быть гораздо больше, чтобы находиться под тем же углом, что и ближний). Полная Луна лежит под углом 30 аркминут, тогда как Венера едва различима как протяженный объект под углом около 1 акрминуты.

22-08-2011, 06:44

Описание

Во времена Гражданской войны в Америке доктор Герман Снеллен разработал таблицу для проверки зрения с расстояния двадцати футов (6 м). И до сей поры таблицы, разработанные по образцу , украшают стены в кабинетах окулистов и школьных медсестер.

В девятнадцатом веке специалисты в области зрения определили, что мы должны быть способны видеть с расстояния двадцати футов (6 м) буквы высотой немного меньше, чем 1,25 см. Считается, что те, кто может видеть буквы такого размера, имеют совершенное зрение - то есть 20/20.

С того времени утекло много воды. Мир изменился кардинальным образом. Произошла научно-техническая революция, был побежден полиомиелит, человек побывал на Луне, появились компьютеры и сотовые телефоны.

Но, несмотря на самые современные технологии лазерной глазной хирургии, разноцветные контактные линзы, несмотря на постоянно увеличивающиеся требования к зрению, предъявляемые Интернетом, повседневная забота о глазах по сути остается на том же уровне, что и таблица доктора Снеллена, созданная почти сто пятьдесят лет назад.

Мы определяем силу наших мышц четкого зрения, измеряя, насколько хорошо мы можем видеть крошечные буквы на близком расстоянии.

Пятнадцатилетние подростки с нормальным зрением способны разглядеть мелкие буквы с трех или четырех дюймов. С возрастом, однако, эти силы начинают уменьшаться. В результате естественного процесса старения в возрасте где-то за тридцать мы теряем половину нашей силы четкого зрения и способны держать фокус на расстоянии от четырех до восьми дюймов (от 10 до 20 сантиметров). В течение следующих десяти лет мы снова теряем половину нашей силы, и наш фокус сползает до шестнадцати дюймов (40 см). В следующий раз мы теряем половину нашего четкого зрения обычно между сорока и сорока пятью годами. В этот период фокус увеличивается до тридцати двух дюймов (80 см), и внезапно наши руки оказываются слишком короткими, чтобы позволить нам читать. Хотя множество пациентов, которых я видел, утверждали, что проблема заключалась скорее в их руках, чем глазах, все они предпочли обзавестись очками для чтения, нежели подвергнуться хирургической операции по удлинению рук.

Однако не только пожилые люди нуждаются в увеличении силы зрительных мышц. Иногда я встречаю молодых людей и даже детей, которым необходимо значительно увеличить эту силу, чтобы читать или учиться, не испытывая усталости. Чтобы сразу же получить представление о силе вашего собственного зрения, закройте один глаз рукой и приблизьтесь к таблице для определения остроты зрения на близком расстоянии так, чтобы вы могли рассмотреть буквы на строке 40. Теперь закройте другой глаз и повторите процесс. Если вы носите очки для чтения, во время проверки наденьте их. После того, как вы позанимаетесь упражнениями для тренировки четкого зрения в течение двух недель, повторите проверку аналогичным образом и отметьте, произошли ли какие-либо изменения.

Гибкость

Те, у кого предметы расплываются перед глазами в течение первых нескольких секунд, когда они оторвутся от книги или от компьютера, испытывают трудности с гибкостью мышц четкого зрения. Если ваши хобби или работа требуют частой перемены фокусировки глаз и очертания предметов приобретают четкость не мгновенно, то вы, вероятно, потеряли уже много часов в ожидании, когда ваше зрение снова станет четким. Например, студенту, которому требуется больше времени, чем другим, чтобы, переведя глаза от доски, сфокусироваться на своей тетради, потребуется больше времени, чтобы сделать задание, написанное на доске.

Выносливость

Как я уже говорил раньше, недостаточно уметь назвать полдюжины букв на таблице во время проверки. Вы должны уметь сохранять четкость зрения в течение какого-то времени, даже если вы можете прочитать строку 20/10. Тем, у кого есть проблемы с выносливостью, трудно сохранять четкость зрения при чтении или управлении автомобилем. Обычно они видят предметы нечетко, у них воспаляются глаза и даже бывают головные боли, когда им необходимо в течение долгого времени что-либо тщательно рассматривать. Степень легкости, с какой вы можете выполнять упражнения, описанные во второй половине этой главы, даст вам представление и о гибкости, и о выносливости вашего зрения.

В я рассказал историю о Билле и о том, как его зрение ухудшилось из-за долгого сидения в Интернете. Это был пример того, как зрение 20/20 можно назвать хорошей стартовой позицией, но это лишь стартовая позиция. Наличие зрения 20/20 не гарантирует, что предметы будут четкими, когда мы оторвем глаза от книги или от монитора компьютера, или что мы не будем страдать от головных болей или неприятного ощущения в желудке при чтении. Наличие зрения 20/20 не гарантирует, что мы можем хорошо рассмотреть, что написано на дорожных знаках ночью, или видеть так же хорошо, как и другие люди.

Самое большее, что может гарантировать зрение 20/20, - это то, что мы можем, находясь на расстоянии от таблицы, созданной в девятнадцатом веке, удерживать зрение в фокусе достаточно долго, чтобы прочитать шесть или восемь букв.

«Так почему же мы должны соглашаться на зрение 20/20 ?» - спросите вы.

Мой ответ, конечно же: «А действительно, почему ?»

Зачем соглашаться на воспаленные глаза или головные боли во время работы на компьютере? Зачем соглашаться на дополнительные усилия, которые исподволь изматывают нас, когда мы читаем, и заставляют нас чувствовать себя в конце дня как выжатый лимон? Зачем соглашаться на напряжение, с которым мы стараемся разглядеть дорожные знаки, когда двигаемся вечером в потоке транспорта? Разве не нужно было похоронить эту ветхозаветную таблицу для проверки зрения еще задолго до конца двадцатого столетия? Короче говоря, почему мы должны соглашаться с тем, что наше зрение не соответствует эре Интернета?

Что ж, если вы хотите, чтобы качество вашего зрения соответствовало требованиям двадцать первого века, - тогда пришло время поработать над гибкостью ваших глазных мышц.

Но прежде чем начать, позвольте мне предостеречь вас. Как и в случае с любыми другими упражнениями, испытание ваших глазных мышц может вначале вызвать боль и неприятные ощущения. Ваши глаза могут гореть от напряжения. Вы можете почувствовать небольшую головную боль. Даже ваш живот может воспротивиться упражнениям, потому что им управляет та же самая нервная система, что управляет фокусировкой ваших глаз. Но если вы не отступитесь и будете продолжать заниматься в течение семи минут в день (по три с половиной минуты на каждый глаз), боли и неприятные ощущения постепенно уйдут, и вы перестанете их испытывать не только во время выполнения упражнений, но и в течение остального времени дня тоже.

Точность. Сила. Гибкость. Выносливость . Вот какие качества ваши глаза приобретут в результате занятий фитнесом для глаз.

Ну что ж. Сказано уже достаточно. Давайте приступим. Даже если вы решите сначала перелистать всю книгу целиком, а заниматься начнете позже, я все же рекомендую вам сразу попробовать выполнить упражнение «Четкое зрение I» - просто чтобы получить представление о том, как работают ваши глазные мышцы. Или если вы предпочитаете не вставать с места, то попробуйте сделать упражнение «Четкое зрение III» - только не очень напрягайтесь.

Когда вы будете знакомиться с упражнениями, приведенными в этой книге, не читайте описание всего упражнения сразу. Прежде чем читать описание следующего этапа упражнения, выполните предыдущий. Лучше выполнять упражнение, а не просто читать о нем. Так вы не запутаетесь, и у вас все получится.

Комплекс упражнений «Четкое Зрение»

Четкое зрение 1

Предлагаю вам три таблицы для тренировки четкости зрения: таблицу с большими буквами для тренировки дальнего зрения и две таблицы (А и В) с маленькими буквами для тренировки ближнего зрения. Вырежьте их из книги или сделайте копии.

Если вы не нуждаетесь в очках, это прекрасно! Для этих упражнений они вам не понадобятся. Если вам прописали очки для постоянного ношения, то будьте в них, выполняя упражнения. Если у вас очки с небольшими диоптриями и ваш врач сказал, что вы можете носить их, когда хотите, и вы предпочитаете обходиться без них, то и упражнение попробуйте выполнять также без очков.

А если вы предпочитаете их носить, то и упражнение выполняйте также в них.

Выполняйте упражнение в следующем порядке:

1. Прикрепите таблицу для тренировки дальнего зрения к хорошо освещенной стене.

2. Отойдите от таблицы на такое расстояние, чтобы вы могли хорошо видеть все буквы - примерно от шести до десяти футов (1,8 м до 3 м).

3. Держите таблицу для проверки ближнего зрения в правой руке.

4. Закройте левый глаз левой ладонью. Не прижимайте ее к глазу, а согните так, чтобы оба глаза оставались открытыми.

5. Приблизьте таблицу А так близко к глазу, чтобы вам было удобно читать буквы - примерно от шести до десяти дюймов (15 см до 25 см). Если вам больше сорока лет, то вам, вероятно, придется начинать с шестнадцати дюймов (40 см).

6. В этом положении (с закрытым ладонью левым глазом, стоя на таком расстоянии от таблицы для проверки дальнего зрения, чтобы вы свободно могли читать ее, и с таблицей А, приближенной к глазам так близко, чтобы вам было удобно читать ее) прочитайте первые три буквы на таблице для проверки дальнего зрения: Е, F, Т.

7. Переведите глаза на таблицу для проверки ближнего зрения и прочитайте следующие три буквы: Z, А, С.

9. Закончив чтение таблиц правым глазом (и потратив на это три с половиной минуты), возьмите ближнюю таблицу в левую руку, а правый глаз закройте ладонью, опять же не нажимая на него, а так, чтобы он под ладонью оставался открытым.

10. Прочитайте таблицы левым глазом, по три буквы за раз, так же, как вы читали их правым глазом: Е, F, Т - дальняя таблица, Z, А, С - ближняя таблица и т.д.

Во время выполнения упражнения «Четкое зрение I» вы заметите, что сначала, переводя взгляд с одной таблицы на другую, вам будет требоваться несколько секунд, чтобы сфокусироваться на них. Каждый раз, когда вы смотрите вдаль, вы расслабляете глазные мышцы и напрягаете их, когда рассматриваете что-то на близком расстоянии. Чем быстрее вы можете перефокусировать взгляд, тем выше гибкость ваших глазных мышц. Чем дольше вы можете выполнять упражнение, не испытывая усталости, тем больше выносливость ваших глазных мышц. Работая с таблицами, вы держите их на удобном для себя расстоянии, для того чтобы привыкнуть напрягать и расслаблять глазные мышцы, не напрягая при этом глаза. По крайней мере вначале, работайте с этим упражнением не дольше семи минут в день - по три с половиной минуты каждым глазом. Постепенно отодвигайтесь все дальше от большой таблицы, а маленькую подносите к глазам все ближе. Как только вы сможете выполнять это упражнение, не испытывая дискомфорта, вы готовы переходить к упражнению «Четкое зрение II».

Четкое зрение 2

Целью упражнения «Четкое зрение I» было научиться быстро и без напряжения перемещать фокус зрения на разные расстояния. Этот навык также поможет вам удерживать фокус при чтении, при вождении автомобиля или когда вам нужно рассмотреть детали какого-либо объекта. Выполняя упражнение «Четкое зрение И», вы еще больше расширите диапазон четкости и увеличите силу и точность зрения.

Работая над упражнением «Четкое зрение II» , следуйте той же процедуре из десяти шагов, что и в упражнении «Четкое зрение I», лишь за некоторыми исключениями, а именно: в шаге 2 отойдите от большой таблицы на такое расстояние, пока едва сможете распознавать буквы. Например, если в упражнении «Четкое зрение I» вы могли легко видеть буквы, стоя на расстоянии десяти футов (3 м) от таблицы, теперь встаньте на расстояние двенадцать футов (3,6 м) от нее. По мере того как вы начнете видеть лучше, продолжайте отодвигаться от таблицы, пока не сможете читать буквы на расстоянии двадцати футов (6 м).

Аналогичным образом в шаге 5: вместо того чтобы держать маленькую таблицу в руках так близко, чтобы вам было удобно читать ее, теперь придвиньте ее к глазам на несколько сантиметров ближе, то есть на такое расстояние, чтобы вам нужно было прилагать усилия, читая буквы. Работайте, пока не сможете читать таблицу на расстоянии около четырех дюймов (10 см) от глаз. Если вам больше сорока лет, вероятно, вы не сможете читать таблицу на расстоянии четырех дюймов. Вам, возможно, придется тренироваться на расстоянии шесть (15 см), или десять дюймов (25 см), или даже шестнадцать дюймов (40 см). Вы сами должны будете определить нужное расстояние. Убедитесь только, что вы держите таблицу на столь близком расстоянии от глаз, что можете едва различать буквы. По мере тренировок вы расширите ваш диапазон четкого зрения.

Когда вы можете стоять на расстоянии десять футов (3 м) от таблицы для проверки дальнего зрения и четко видеть все буквы, острота вашего зрения будет составлять 20/20. Если вы сможете отступить от нее еще немножко - на тринадцать футов (3,9 метра) и все еще видеть буквы, ваше зрение будет равно приблизительно 20/15. И, наконец, если вы можете четко видеть буквы на таблице на расстоянии двадцать футов (6 м), это значит, что острота вашего зрения удвоилась по сравнению с теми близорукими учеными девятнадцатого века, то есть ваше зрение составляет 20/10 - вы можете видеть с двадцати футов то, что они могли увидеть лишь с десяти.

Четкое зрение III

Упражнение «Четкое зрение III» предназначено для того, чтобы еще больше увеличить точность, силу, гибкость и выносливость ваших глаз в пределах досягаемости вытянутой руки. Его можно легко выполнять, сидя за рабочим столом.

Используйте таблицу «В» для определения четкости ближнего зрения. Если у вас есть очки для чтения, выполняйте упражнения в них. Если таблица В слишком мала, чтобы вы могли разглядеть на ней буквы даже в очках, тогда используйте таблицу А.

Выполните следующие шаги.

1. Закройте один глаз ладонью.

2. Приблизьте к другому глазу таблицу В так близко, чтобы вам удобно было читать буквы.

3. Мягко моргните и посмотрите, сможете ли вы приблизить к себе таблицу еще немного, но так, чтобы вы могли все же удерживать фокус.

4. Затем отодвиньте от себя таблицу так далеко, чтобы вам было все еще удобно читать буквы - по возможности на расстояние вытянутой руки.

5. Мягко моргните и посмотрите, сможете ли вы отодвинуть от себя таблицу еще немного, но так, чтобы вы могли все же удерживать фокус.

7. Закончив выполнять упражнение одним глазом, закройте его ладонью и повторяйте всю процедуру другим глазом в течение еще трех минут.

8. Наконец, в течение одной минуты, открыв оба глаза, перемещайте таблицу то дальше, то ближе к глазам.

Закончив упражнение «Четкое зрение I», вы можете чередовать упражнения, выполняя в один день упражнение «Четкое зрение II», а в другой - «Четкое зрение III», тратя на каждое по семь минут.

График выполнения упражнений

Подробнее о графике ваших занятий я расскажу в главе 10, но если вы хотите приступить сейчас, то работайте с упражнениями по семь минут в день, в одно и то же время. В этом случае вы уже будете на пути к лучшей тренированности вашего зрения даже раньше, чем закончите читать эту книгу.

Статья из книги:

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.

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.