Перпеция цвета в мире птиц
В этом клипе демонстрируется, как птицы воспринимают цвета в спектре, далеко превосходящем человеческие возможности. Научный взгляд на перцепцию цвета в мире птиц в простом примере.
В этом клипе демонстрируется, как птицы воспринимают цвета в спектре, далеко превосходящем человеческие возможности. Научный взгляд на перцепцию цвета в мире птиц в простом примере.
Вокруг себя, что раньше, что сейчас наблюдаю БОЛЬШОЕ число людей которые нося черный цвет одежды с макушки и до пяток. Это что тайное общество любителей чернозема или люди в трауре по какой то причине?
В России к черному цвету по моему относятся скорее негативно, чем позитивно, ассоциируя его с тьмой, грязью, например слова от черный произошедшие черная магия, чёрная зависть, чёрный лебедь, чёрная дыра, эгоизм, чёрная неблагодарность, чёрный день, черножопый, чернь, черномазый, чернильница, цвет траура, смерти, горя, оплакивания, смерти (черная наклонная плоска на фото, черно белые фото).
Почему люди носят этот хоть и классический но достаточно негативный и даже неприятный цвет, который несёт в своей глубине по моему какое то горе, траур, оплакивание и ненасытное потребление. Чёрный цвет впитывает все спектры света, а цветные вещи отражают определённый спектр, белый цвет отражает всё.
Понятно когда какая то вещь чёрная, но быть одетым в исключительно черный цвет с ног до головы, по моему это выглядит не очень красиво и траурно.
Я понимаю, и согласен, что о вкусах не спорят, просто хочу понять неужели людям искренне из 100500 миллионов цветов так сильно нравится этот невеселый и траурный цвет?
Спойлер для ЛЛ: неправда
В том, что собаки видят мир в чёрно-белой палитре, уверены порой не только пользователи интернета, но и даже некоторые заводчики. При этом в специализированных магазинах игрушки для четвероногих друзей представлены во всех возможных оттенках.
Наиболее важными органами чувств для собак являются обоняние, слух и осязание, зрение предоставляет обычно дополнительную информацию. Поэтому глаз собаки значительно отличается от человеческого.
Во-первых, в нём нет жёлтого пятна, участка наибольшей остроты зрения, поэтому острота зрения собаки примерно в три раза ниже человеческой. То есть на обычной проверочной таблице зрения она могла бы видеть лишь третью сверху строчку, в то время как человек с нормальным зрением должен быть способен прочитать десятую. При этом животные не близоруки, острота их зрения находится в пределах +0,5 диоптрии, что в применении к человеку характеризовалось бы как лёгкая дальнозоркость, которая проявляется у многих людей после 45–50 лет. Благодаря этой особенности собака, как и другие хищники, лучше видит движущиеся объекты, поэтому специалисты не рекомендуют пытаться убегать от собак.
Во-вторых, в отличие от человека, сетчатка собак разделена на две области: нижняя отвечает за способность видеть при свете, а верхняя — за зрение в условиях недостаточного освещения. Из-за того, что свет в сумерках отражается от особой мембраны позади этой области сетчатки, и появляется эффект светящихся в темноте глаз.
Сетчатка глаза содержит фоторецепторы — светочувствительные клетки, которые бывают двух видов. Палочки отвечают за способность видеть в условиях низкой освещённости, однако передают изображение только в оттенках серого. Колбочки нужны для дневного и цветного зрения. У человека три вида колбочек. Первые максимально чувствительны к длинноволновому излучению и реагируют на красно-оранжевые оттенки, вторые — к средневолновому и, соответственно, жёлтому и зелёному цвету, а третьи — к голубому, синему и фиолетовому. Колбочки первого типа у собак отсутствуют, поэтому эти оттенки палитры они воспринимают как разные градации серого, что смогла доказать группа учёных под руководством офтальмолога Джея Нейтца. Их выводы подтвердили и дополнили российские специалисты в 2013 году. Они обозначили ящики с мисками с сырым мясом светло-жёлтым, тёмно-жёлтым, светло-голубым и тёмно-синим листами бумаги, чтобы доказать, что животные будут ориентироваться именно на цвет, а не на яркость. В итоге собаки действительно запоминали именно цвет и уверенно выбирали нужный ящик.
Таким образом, хоть собаки и видят мир в не вполне привычном нам спектре, они хорошо различают жёлтую и сине-голубую палитру. Именно поэтому игрушки таких оттенков будут наиболее предпочтительными для четвероногих друзей.
Наш вердикт: неправда
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла)
Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream и Google.Подкаст
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Сама работаю в магазине товаров для творчества, специализируемся на бисере. Есть палитра мулине 550 цветов от ПНК им. Кирова, и часто приходят люди с остатками ниток или бисера без опознавательных знаков. Им подбираем "на глаз". До поста автора не задумывалась, что кому-то это сложно, да простят меня покупатели. Поэтому пошарила в интернете и наткнулась на тест https://pikuco.ru/tests/15745/ на тему тетрахроматизма. Решила поделиться, может быть кому-то тоже будет интересно!
Меняющий цвет опал - один из самых завораживающих драгоценных камней, которым восхищались королевские особы на протяжении веков.
"Самый красивый из драгоценных камней, который сочетает в себе огонь рубина, яркий пурпур аметиста и морскую зелень изумруда, все они сияют вместе в великолепном и невероятном союзе".
Опал - это удивительный минерал с тысячей оттенков, который очаровывает человека с начала времен. Его цвет варьируется от прозрачного до молочно-белого, с бесконечным спектром промежуточных цветов и оттенков (зеленый, коричневый, черный, красный, желтый и т.д.).
Этот камень вдохновлял многих художников, пораженных его особенной природой изменения цвета, достигаемой благодаря неправильным формам его шероховатости с крошечными трещинами, которые позволяют воздуху проникать внутрь и преломлять свет, создавая эффектные оттенки. Опал символизирует энергию огня, и в прошлом он также получил название "огненный светильник".
Огненные и переливчатые свойства опалов издавна вдохновляли писателей. История опалов в литературе восходит к Риму 75 года нашей эры, когда ученый Плиний сравнил опалы с "самыми глубокими и богатыми красками художников" и описал, как их внешний вид имитирует "пылающий огонь горящей серы и даже вспышку света горящего масла".
Опал "Арлекин Принц", 215,85 карата, черный опал "Лайтнинг Ридж" (Австралия)
Сегодня Австралия доминирует на рынке добычи опала: специалисты считают, что в Южной Австралии добывается более 90% драгоценного опала в мире. Но корни драгоценного камня уходят на другой континент. Антрополог Луис Лики обнаружил в Кении, как считается, самые ранние из известных опаловых артефактов, датируемые 4 000 лет до н.э. в Эфиопии.
По мнению одних, термин "опал" происходит от санскритского "upala" со значением "драгоценный камень", по мнению других - от греческого (opallios), что означает "видеть изменение цвета".
В латинском языке этот термин звучал как opalus, а для древних римлян опал был символом любви и чистоты. Только богатые и влиятельные люди могли позволить себе обладать опалом. Один римлянин, Марк Антоний, питал слабость к опалу. Считается, что он подарил опал стоимостью 2 000 000 сестерций своей возлюбленной Клеопатре.
Огненный опал из Бразилии.
Греки верили, что опал отпугивает болезни, а арабские легенды описывают, как опалы падали с неба в виде вспышек света. В Европе в средние века считалось, что опал защищает зрение. Блондинки также носили опал, чтобы сохранить цвет волос.
Опалы были любимы французской монархией. Их вставляли в драгоценности короны Франции, а Наполеон подарил императрице Жозефине красный опал, который называли "кол Трои".
Франц Ксавер Винтерхальтер, портрет королевы Виктории, масло на холсте, 1859 год
Франц Ксавер Винтерхальтер, портрет королевы Виктории, масло на холсте, 1859 год
Хотя примерно в XIX веке опал стал непопулярным, королева Виктория возродила опал. Виктория была большой поклонницей опала и часто дарила украшения из опала или носила их сама. Поскольку все смотрели на королеву, чтобы узнать, что модно, опалы снова стали популярны. Тетя королевы, принцесса Мэри, герцогиня Глостерская, подарила Виктории в 1849 году кольцо с опалом, которое ранее принадлежало королеве Шарлотте.
Дочери королевы Виктории также украшали себя опалами. Именно во время правления Виктории были быстро обнаружены месторождения опалов в Австралии, и их стали добывать все больше и больше.
Большой любительницей опалов является и королева Елизавета II, которая часто носит опал Андамука, подаренный ей правительством Южной Австралии во время ее послекоронационного тура 1953-54 годов. Считается, что его стоимость составляет около 1,8 миллиона долларов.
Многоцветный необработанный кристалл опала из Кубер-Педи, Южная Австралия, выражающий почти все цвета видимого спектра
Самый красивый необработанный опал в мире - это 998-граммовый драгоценный камень под названием "Огонь Австралии", обнаруженный шахтером Уолтером Бартрамом в 1946 году на месторождении опалов "Восьмая миля" в Кубер-Педи. После открытия опал оставался в семье Бартрама до 2017 года, когда он был продан в Музей Южной Австралии за 500 000 австралийских долларов (хотя, по слухам, он стоил почти вдвое больше). Бартрам был твердо намерен оставить опал в Австралии, поэтому более высокие предложения от иностранных покупателей были отклонены.
Сегодня можно найти опалы и украшения с опалами по любым ценам - от нескольких сотен долларов до нескольких сотен тысяч. Несколько украшений с опалами достигли высоких цен, самым дорогим из которых является ожерелье из опалов, бриллиантов и эмали в стиле модерн, проданное за 481 461 $ на аукционе Christie's в 2017 году.
Спасибо за внимание.
Изысканные бриллианты приобретают свои уникальные оттенки различными способами.
Спектр света
Как и звук, свет распространяется волнами. Это электромагнитное излучение (как радиоволны или рентгеновские лучи), видимое человеческим глазом. Одна длина волны создает монохроматический луч света и аналогична игре одной ноты на инструменте, но большинство света, который мы видим, полихроматический. Подобно музыкальному аккорду или сложному звуку, он сочетает в себе множество различных длин волн. Эта совокупность длин волн и их интенсивности называется спектром света.
Когда луч света входит в какую-либо прозрачную среду под острым углом, луч света изгибается. Именно так очки могут корректировать зрение или так люди выглядят короче в плавательном бассейне.
Что более важно для нас, именно так полировщики изгибают свет, чтобы заставить бриллианты сиять! А для любителей цвета существует еще одно удивительное явление: различные длины волн изгибаются на разную величину, и поэтому, когда луч сложного полихроматического света изгибается кристаллом, мы видим, как он разлагается на различные длины волн, составляющие его спектр. Именно это приводит к появлению радуги в дождливый солнечный день. Это также создает «огонь» в бриллианте, эти маленькие искры разных цветов.
Восприятие цвета
К сожалению, наши человеческие глаза чрезвычайно ограничены, и могут воспринимать лишь очень небольшие фрагменты спектра. Наши глаза воспринимают свет в трех диапазонах длин волн. Мы видим их как уровни красного, зеленого и синего цветов. Затем наш мозг комбинирует эти три сигнала для создания цветовых ощущений и ассоциирует эти комбинированные цветовые ощущения с естественными предметами в повседневной жизни. Вот почему слова "банан" или "мандарин" пробуждают в нашем сознании эти цвета, хотя мало кто подумает, что это просто смесь красного и зеленого.
Белый свет - это любой свет, который имеет красную, зеленую и синюю длины волн в таких же пропорциях, как и естественный свет. Поэтому искусственный белый свет (от лампы накаливания или лампы для оценки бриллиантов) кажется очень похожим на солнечный свет, хотя имеет совсем другой спектр, но некоторые объекты (особенно бриллианты натурального цвета) могут казаться радикально разными по цвету при разном освещении. То, как мы воспринимаем цвета, зависит от многих других факторов, таких как положение объекта, окружающие цвета или даже наше настроение.
Что придает бриллиантам цвет?
Когда лучи белого света попадают на алмаз, его материал поглощает некоторые длины волн спектра, а другие пропускает. Например, атомы азота в алмазах поглощают синие волны, излучая желтый, оранжевый или коричневый цвет.
Присутствие бора в решетке алмаза может создавать голубой оттенок. Изгибы и искажения в решетке алмаза могут придать ему желтый, коричневый или даже розовый и красный цвет. Цвет зеленых бриллиантов обусловлен воздействием радиоактивных пород вблизи поверхности Земли. Радиация выбивает некоторые атомы углерода из их положения в решетке алмаза, и это заставляет алмаз поглощать красные волны.
Только один из 10 000 бриллиантов обладает природным цветом, и каждый цвет возникает в результате крайне редких обстоятельств. Эксперты по бриллиантам естественного цвета часто могут, просто наблюдая за бриллиантом, проследить часть его уникальной истории и происхождение.
Спасибо за внимание.
Больше в ВК.
Сегодня мы основательно разберёмся, как нам удаётся видеть цвета, почему нет зелёных звёзд, и почему даже самый лучший дизайнерский монитор не может передать спектрально чистый цвет.
Поскольку видим мы глазами, то начнём именно с их устройства.
На картинке ниже показано схематическое изображение глаза человека:
Свет проходит через зрачок, затем хрусталик фокусирует его на задней стенке глаза, покрытой сетчаткой. Вот именно с тем, как она устроена, мы и разберёмся.
Мы со школы помним про палочки и колбочки у нас в глазу и знаем, что именно они и воспринимают свет и превращают его в нервные сигналы. В настоящее время известны три типа фоторецепторных клеток в глазу млекопитающих: палочки, колбочки и фоточувствительные ганглиальные клекти сетчатки (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs):
Но нас сейчас интересуют только два типа этих клеток: палочки и колбочки. Вот они отдельно на рисунке:
Диски в нижней части клеток – это складки клеточной мембраны, в которых содержится фоточувствительный белок (фотопротеин). Этот белок поглощает фотон и вызывает изменение потенциала клеточной мембраны. В палочках в роли фотопротеина выступает родопсин, а в колбочках – фотопсины разного типа.
Ниже показаны палочки и колбочки под электронным микроскопом. На левом снимке S-колбочки (показаны зелёным) и L-колбочки (показаны красным). Зелёный окрас получен с помощью антител HJ455 для того, чтобы отличить S-колбочки. На правом снимке цвета выбраны произвольно.
Как вы, возможно, заметили, палочки и колбочки лежат глубоко под поверхностью сетчатки, и диски с фотопротеинами находятся почти у задней стенки глаза, т.е. свет проходит через весь глаз и поглощаятся почти у задней поверхности:
У такого расположения «задом наперёд» есть свои причины. Во-первых, диски с родописном и фотопсином постоянно обновляются. Они расположены вплотную к клеткам пигментного эпителия сетчатки (retinal pigment epithelium - RPE), которые и отвечают за их возобновление. Во-вторых, эти самые клетки RPE поглощают рассеянный свет и не дают ему черезмерно активировать фоторецепторы, тем самым делая наше зрение намного более контрастным.
Кстати, у некоторых животных (например, у кошек) клекти RPE содержат кристаллы гуанина с примесью пигментов и отражают непоглощённый свет обратно к фоторецепторам, как зеркало, улучшая зрение в темноте. В этом случае этот слой клеток называется «тапетум», и отражённый от него свет мы и видим как светящиеся в темноте глаза.
Палочкам для активации нужно совсем немного света – они позволяют нам видеть при низкой освещённости, но никак не помогают воспринимать цвета. Именно поэтому ночью и в сумерках мы всё видим в оттенках серого. В человеческом глазу содержится около 100 миллионов палочек.
Колбочкам же для активации нужно намного больше света, зато они позволяют различать цвета. У нас три типа колбочек – для красного, зелёного и синего цветов. В глазу колбочек всего около шести миллионов, и больше всего их сосредоточено в области глаза, называемой центральной ямкой, которая находится в центре области, называемой жёлтым пятном.
Именно жёлтое пятно с его центральной ямкой – зона наиболее чёткого восприятия изображения.
На графике ниже показано, как палочки и колбочки распределены по сетчатке.
Обратите внимание, что в зоне центральной ямки палочек нет - в темноте мы лучше видим периферийным зрением. Смотреть прямо на объект в темноте - не лучший способ что-то разглядеть.
А вот плотность колбочек в зоне центральной ямки просто огромна. Кроме того, вышележащие биполярные и ганглиальные клетки расходятся в стороны, чтобы больше света смогло дойти до фоторецепторов:
Именно поэтому мы чётко видим только в небольшой области, и нашим глазам приходится непрерывно "сканировать" изображение.
Но вернемся к восприятию цветов. Как уже упоминалось выше, за это отвечают три вида колбочек: S- (short, коротковолновая синяя часть спектра), M- (middle, средняя зелёная часть спектра) и L- (long, длинноволновая красная часть спектра).
Интересно то, что S-колбочек («синих») в сетчатке очень мало. По сравнению с остальными их всего 8-10%. Причём это характерно для всех млекопитающих. У большинства из них S-колбочки перемешаны с L-колбочками, что даёт дихроматическое (двухцветовое) зрение. L-колбочки при этом отвечают не всегда за красную часть спектра, это зависит от вида животного. А вот у приматов произошла мутация, которая продублировала ген, отвечающий за L-колбочки. Это привело к появлению «средних» M-колбочек и, как следствие, трихроматическому (трехцветовому) зрению . Такие три типа цветовых рецепторов позволяют различать оттенки зелёного, жёлтого и голубого.
Если построить для колбочек график эффективности поглощения фотонов разной длины волны, то получится вот так:
Тут видно, что каждый из типов колбочек чувствителен к довольно широкому диапазону длин волн, хотя и имеет максимальную чувствительность на своей длине волны (420нм, 530нм и 560нм). Кроме того, их диапазоны пересекаются. Например, свет с длиной волны 470нм (голубой) активирует все три типа колбочек, а жёлтый (570 нм) – два типа.
Для сравнения на графике приведен спектр поглощения палочек (черная линия) с пиком в районе 500нм – это диапазон нашего ночного зрения.
Очень важно то, что отдельный тип колбочек не различает оттенки. Например, выходной сигнал «красных» колбочек для длин волн 500нм (зелёный) и 620нм (оранжевый) будет совершенно одинаковым. Более того, меняя яркость света, можно получить любой уровень сигнала: яркий темнокрасный свет вызовет такой же сигнал этих колбочек, как неяркий зелёный (520нм) или тусклый жёлтый (560нм). Если в диапазон чувствительности одного типа колбочек попадёт свет нескольких длин волн, то колбочки их тоже не различат, а выдадут сигнал, соответствующий сумме одиночных сигналов. Т.е. сигнал колбочки – это общая интенсивность всех одиночных сигналов в её диапазоне чувствительности.
И вот чтобы различать цвета, наш мозг сравнивает сигналы со всех типов колбочек. Каждая колбочка (кроме «синих» S-типа) подключена к биполярным клеткам, которые могут выдавать сигнал на один выход (ON), если колбочка возбуждена, и на другой выход (OFF), если колбочка не возбуждена (прямо как в электронике). Ниже на картинке приведена таблица истинности для всех «выходов».
Причём значение имеет не степень возбуждения каждого типа колбочек (сигнал), а разница в их сигнале. Учёные не упустили возможность провести эксперименты и определить, какой цвет мы видим в зависимости от степени возбуждения разных колбочек.
Цветовое пространство CIE 1931
Поскольку у нас три типа цветовых рецепторов, то все возможные воспринимаемые цвета можно описать в трёхмерном пространстве координат. Например, можно выбрать в качестве базиса (осей) степень возбуждения каждого типа колбочек (L, M, S).
Но исторически первая достоверная модель цветового пространства была построена в 1931 году, за 20 лет до открытия функций колбочек, и называется CIE 1931. Это пространство в трёх координатах X, Y и Z. На картинке ниже (а) показан только один «слой» (для одного Z) этого пространства. Ось Z направлена вам в лицо:
Тут важно уточнить, что ваш монитор не может отобразить все цвета пространства CIE 1931 и ограничен цветовой палитрой sRGB (отмечено треугольником на картинке), все цвета за пределами этого треугольника искажены и на самом деле выглядят не так, как на мониторе. Так же не забывайте, что на картинке только срез трёхмерного пространства – он содержит цвета только для одного значения Z.
Так вот, после множества опытов ученые точно установили зависимость между координатами цвета в цветовом пространстве (X Y Z) и степенью возбуждения разных колбочек (L M S):
В части (б) того же рисунка сверху нарисованы соответствующие функции от длины волны (это не кривые чувствительности колбочек! это результат для приведённой формулы). Видно, что для координаты X будет учитываться сигнал всех типов колбочек (красная линия захватывает диапазон всех колбочек), а вклад в координату Z дают в основном S-колбочки.
На картинке цветового пространства (а) на внешнем краю (черная линия) лежат монохроматические цвета – их мы будем воспринимать, если увидим монхроматический (только одной частоты) свет соответствующей длины волны (синие числа вдоль края).
И тут мы находим ответ на первый вопрос из заголовка – розовый цвет не касается внешней границы цветового пространства, т.е. его нельзя получить с помощью света только одной длины волны. Т.е. фотонов розового света не бывает. Этот цвет - наше субъективное восприятие смеси из нескольких длин волн.
Смешение цветов. RGB и CMYK
Сначала разберемся со светом, потом перейдем к краскам.
Если мы выберем в цветовом пространстве два цвета, то смешивая свет этих двух цветов с разной интенсивностью, мы сможем получить любой цвет, лежаший на прямой между исходными цветами. А если выберем три исходных цвета – то с их помощью (изменяя пропорции) сможем получить любой цвет внутри треугольника между этими точками. На рисунке ниже представлено цветовое пространство sRGB, у него за основу выбраны красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue) цвета:
Именно этот способ получения цветного изображения и используется в мониторах и экранах (даже когда кодировался в YDbDr в SECAM). Для каждой точки изображения (пикселя) используются источники света (субпиксели) трех цветов – красного, зелёного и синего. Яркость каждого субпикселя влияет на воспринимаемый цвет пикселя. Примерно так выглядит экран через увеличительное стекло (картинка из интернета):
Как нетрудно заметить, sRGB кодирование не может передать все цвета, воспринимаемые человеком. Более того, оно не может передать ни одного спектрально чистого цвета (область sRGB не касается края цветового пространства CIE 1931).
Описанный выше способ получения цветов называется аддитивным – цвета добавляются один к другому. На самом деле это единственный способ получения цвета – физика именно так и работает. Но для удобства работы с красками применяется субстрактивный синтез цветов:
Суть идеи следующая. Любой пигмент (краситель) – это вещество, которое поглощает часть длин волн и отражает остальные. Например, красный краситель отражает свет с красной длиной волны (или несколько длин волн, которые мы суммарно видим как красный).
Если взять чистый белый лист без красок, то весь отражённый от него свет будет белым – т.е. будет смесью всех длин волн (тут от источника освещения зависит, но мы так глубоко не полезем). Когда мы нанесем на лист немного красной краски, то мы «вырежем» из белого цвета часть (не полностью) всех цветов, кроме красного, и в итоге получим розовый цвет. Чем больше красного мы будем наносить, тем больше «некрасного» мы будем вырезать. Если мы начнем добавлять синюю краску, то из общего цвета начнем вычитать всё «несинее». При этом, чем больше краски мы наносим, тем темнее результат, так как тем меньше света отражается от бумаги. В аддитивной модели как раз наоборот – чем больше света попадает в глаз, там ярче цвет.
Широко используюемая схема – четырехцветная CMYK, в которой базовыми цветами служат голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), жёлтый (Yellow) и чёрный (Key). В идеале смесь первых трех в равной пропорции должна давать чёрный цвет, но на практике это обычно оттенки тёмнокоричневого, поэтому отдельно используется чёрная краска. Как и любая трёхцветная модель, CMYK не может покрыть всё цветовое пространство.
Как я уже писал выше – физика работает по аддитивной модели. Субстрактивная модель просто облегчает описание работы с красками - проще составить таблицу для добавляемых цветов, чем для всех вычитаемых.
Какого цвета звезды?
Теперь отвлечемся от смешивания красок и разберёмся, почему же нет зелёных звезд.
Спектр излучения любого нагретого тела можно описать законом, открытым Максом Планком в 1900 году и названным в его честь. Этот закон сформулирован для абсолютно чёрного тела – объекта, который поглощает всё падающее на него излучение во всех диапазонах. При этом это самое тело излучает энергию, и спектр излучения зависит только от температуры тела. Хотя абсолютно чёрных тел не существует, любое реальное тело можно описать этим же самым законом с введением «коэффициента черноты» (это очень удобно, т.к. он равен коэффициенту поглощения, см. закон Кирхгофа).
На рисунке ниже приведены спектры излучения для чёрного тела, нагретого до разной температуры (в Кельвинах, но отнимать 273 каждый раз необязательно, нам важна суть, а не точные числа):
Если измерить солнечный спектр за пределами нашей атмосферы (жёлтый на картинке ниже), то он очень хорошо накладывается на спектр излучения абсолютно черного тела с температурой 5777К (5500 С).
Отклонение от идеального спектра вызвано строением солнечной фотосферы – её газы поглощают часть излучения, которое идет из более низких слоёв. Эти линии поглощения называются Фраунгоферовыми линиями (на той же картинке справа).
Вот ещё одна очень красивая картинка с полным спектром Солнца (спектр нарезан на строки, чтобы не рисовать одну очень длинную полосу). Хорошо видны линии поглощения:
У поверхности Земли солнечный спектр ещё больше погрызен: при прохождении света через атмосферу из него "отнялись" полосы поглощения воды, кислорода, озона и углекислого газа:
На графике выше видно, что в видимом спектре (400-700нм) сильных полос поглощения нет, и максимум светимости приходится на диапазон длин волн в 500-550 нм – т.е. на зелёную часть спектра. Но ведь мы не видим Солнце зелёным!
Как мы уже разбирались в первой части статьи – для определения цвета важна не просто длина волны с максимальной интенсивностью, но и интенсивность света во всём видимом диапазоне. Если сравнить солнечный спектр с кривой чувствительности колбочек, то видно, что Солнце активирует все колбочки, причём во всю ширину их диапазона. Суммарный сигнал дает нам жёлтовато-белый солнечный свет.
Такой же расчёт (и эксперимент) можно проделать и для тел, нагретых до любой другой температуры. Результат представлен на картинке ниже:
Это не спектр нагретого тела, а именно цвет, который мы воспринимаем нашими глазами – т.е. это уже обработанный мозгом сигнал трёх видов колбочек.
Все возможные цвета для нагретого абсолютно черного тела можно показать на графике цветового пространства (полноценного, т.е. CIE 1931). Все эти цвета будут лежать на кривой, называемой Планковским локусом (Планковским местом точек):
Из графика видно, что при повышении температуры тела, в том числе и звезды, выше 6000 К, мы будем воспринимать его, как голубоватое. При понижении – как жёлтое. При температуре ниже 2500 К цвет станет оранжевым, ещё ниже – красным. Планковский локус лежит в стороне от зелёных оттенков (как и от розовых и темно-синих) – это значит что мы своими глазами не можем видеть нагретое тело зелёным при любой температуре этого тела – от нуля до бесконечности.
Кстати, этот подход с небольшими нюансами используется для определения цветовой температуры источников освещения. Но для них вводится диапазон отклонений от "идеального" цвета. Длины изотерм (засечек) на картинке выше как раз показывают допустимый диапазон отклонений - только в этих пределах понятие "цветовая температура" имеет смысл.
Есть ещё несколько нюансов: при описании цвета нагретых объектов мы говорим о непрерывном спектре. В нашей повседневной жизни непрерывным спектром излучения обладают только Солнце (и другие звёзды) и нагретые детали, в том числе и разогретые спирали ламп накаливания. А вот спектры отражённого света почти никогда не бывают сплошными (кроме белых или серых объектов). Все воспринимаемые нами цвета в окружающем мире – это именно «рваные» спектры. Иногда это всего несколько узких спектральных линий, а иногда несколько широких (например, в экранах телефонов).
С проблемой несплошного спектра освещения вы точно сталкивались при использовании газоразрядных или недорогих светодиодных ламп. В их свете многие цвета становятся неестественными или совсем неразличимы, так как в спектре этих ламп отсутствует значительная часть солнечного спектра. В современных светодиодных лампах это решается правильно подобранными люминофорными покрытиями, которые поглощают свет от светодиода и перезлучают его уже широким спектром.
Бонусом еще немного интересного о цветовосприятии.
Если изображение на сетчатке остается неподвижным, то оно «исчезнет» через несколько секунд. Это было доказано с помощью следующего опыта. Человек с зафиксированным глазом изначально видит изображение красного и зелёного полей (верхний ряд на картинке ниже):
Через несколько секунд изображение перестаёт им восприниматься. Если после этого добавить светлосиний свет в оба поля – то подопытный видит оба поля как светлосиние. Через несколько секунд и это изображение перестаёт восприниматься. Теперь, если выключить голубой свет, то человек снова увидит красное и зелёное поля на несколько секунд.
Это доказывает то, что мы видим только в момент смены изображения на сетчатке. Если же изображение не меняется (или не двигается), то оно исчезает из нашего восприятия. Именно поэтому наш глаз постоянно совершает микродвижения – тремор (эллиптические движения частотой 250Гц с амплитудой в 30 секунд дуги) и саккады (рывки продолжительностью в 10-20мс и амплитудой от 2 до 50 минут дуги).
Может ли человек увидеть одиночный фотон?
Эксперимент по определению минимального количество фотонов, необходимых, чтобы вызвать визуальный эффект, был проведён в 1942 году (Hecht et al., 1942). Подопытных людей оставляли в темноте на 30 минут для достижения оптимальной чувствительности к свету. Источник света располагался так, чтобы свет подал в область сетчатки с максимальной концентрацией палочек.
В результате оказалось, что нужно от 54 до 148 фотонов для того, чтобы вызвать отклик. С учётом отражения от роговицы (4%), поглощения внутриглазной жидкостью (50%), а также фотонов, прошедших сквозь сетчатку без поглощения палочками (80%), определили, что только от 5 до 14 фотонов были поглощены. С учетом того, что на освещённом участке сетчатки находилось около 500 палочек, маловероятно, что хоть одна палочка поглотила больше одного фотона. Т.е. палочка даёт отклик на одиночный фотон, но одной палочки с таким сигналом недостаточно – одиночный фотон должны поглотить от пяти до четырнадцати палочек для появления визуального эффекта.
На сегодня всё. Как-нибудь я еще напишу о невозможных цветах.
Ещё немного о цветах можно почитать в посте Как устроена радуга
Задавайте вопросы и пишите свои уточнения в комментариях.
В статье использованы материалы из следующих источников:
Webvision: the organization of the retina and visual system, H Kolb, E Fernandez, R Nelson
Выспаться, провести генеральную уборку, посмотреть все новые сериалы и позаниматься спортом. Потом расстроиться, что время прошло зря. Есть альтернатива: сесть за руль и махнуть в путешествие. Как минимум, его вы всегда будете вспоминать с улыбкой. Собрали несколько нестандартных маршрутов.