Для правильного понимания действия оптических приборов, предназначенных для работы совместно с глазом, необходимо учитывать особенности строения глаза. Мы уже указывали в § 113, что сетчатая оболочка глаза состоит из отдельных светочувствительных элементов, каждый из которых реагирует на попадающий на него свет независимо от других элементов. При увеличении освещенной поверхности сетчатки лишь большее число ее элементов участвует в восприятии света, но световое раздражение каждого из элементов не усиливается. Поэтому световое ощущение определяется освещенностью сетчатки, т. е. световым потоком, падающим на единицу ее поверхности. В этом смысле глаз подобен фотоаппарату, где почернение в данном месте пластинки зависит от освещенности изображения в этом месте и не зависит от размеров всего изображения.
Объекты с одинаковой яркостью, расположенные на разном расстоянии от глаза, будут восприниматься глазом как одинаково яркие. Например, рассматривая ряд фонарей вдоль длинной улицы, мы увидим их одинаково яркими, хотя они удалены от нас на разное расстояние. Для пояснения напомним, что хотя с увеличением расстояния до источника уменьшается световой поток, попадающий в глаз, однако во столько же раз уменьшается и площадь изображения этого источника на сетчатке. Поэтому освещенность изображения на сетчатке, равная отношению вышеупомянутых величин, остается неизменной. Но именно освещенность сетчатки определяет световое ощущение, которое, как мы видим, остается неизменным при удалении источника. (Конечно, при этом предполагается, что атмосфера вполне прозрачна и удаление источника не сопровождается возрастающим поглощением света.)
Световой поток, поступающий в глаз, может в известных пределах (в 10—15 раз) регулироваться благодаря способности зрачка расширяться и сужаться. В условиях яркого освещения зрачок уменьшается до
и освещенность на сетчатке падает: наоборот, в условиях слабого освещения зрачок увеличивается до своего максимального размера (
) и освещенность изображения возрастает.
В тех случаях, когда для наблюдения используется тот или иной оптический прибор (лупа, микроскоп, зрительная труба), глаз непосредственно рассматривает не сам предмет, а его изображение в приборе. Яркость изображения протяженного предмета, как мы знаем (см. § 109), равна яркости самого предмета, если можно пренебречь потерей света в приборе. При больших потерях за счет поглощения и отражения света преломляющими поверхностями яркость изображения соответственно снижается. Следовательно, при рассматривании протяженных объектов с помощью прибора мы во всяком случае не получаем выигрыша в яркости по сравнению с тем случаем, когда предмет рассматривается невооруженным глазом.
Существенно другие результаты получаются, если наблюдается точечный источник света, например звезда. Сточки зрения вопроса о яркости точечным источником является всякий источник, который настолько мал, что глаз видит его под углом зрения, не большим
, в условиях нормального освещения. При рассматривании точечного источника все его изображение попадает на один светочувствительный элемент сетчатки. На этот единственный элемент падает весь световой поток, попадающий в глаз. Поэтому в случае точечного источника световое ощущение определяется суммарным световым потоком, попадающим в глаз, а не освещенностью сетчатки, как это имеет место при протяженном источнике. В соответствии с этим яркость изображения точечного источника будет определяться суммарной величиной поступающего в глаз светового потока.
Рис. 260. Световой поток, попадающий в глаз, при использовании телескопа значительно увеличивается
В тех случаях, когда источник рассматривается невооруженным глазом, световой поток пропорционален площади зрачка глаза (рис. 260, а). Если же источник рассматривается с помощью, например, зрительной трубы, то световой поток, попадающий в объектив трубы и далее в глаз наблюдателя (рис. 260, б), пропорционален площади объектива. Благодаря этому яркость изображения возрастает пропорционально отношению квадратов диаметров объектива прибора и зрачка глаза. Например, при наблюдениях с помощью телескопа, имеющего диаметр объектива
, полагая диаметр зрачка глаза равным
, получаем увеличение видимой яркости звезд в
раз. Замечательно, что яркость фона неба, как объекта протяженного, при наблюдении в телескоп не увеличивается, т. е. контрастность изображения значительно возрастает. Благодаря этому при рассматривании в телескоп звезды видны даже днем.
Таким образом, в противоположность случаю наблюдения протяженных источников оптические приборы очень сильно повышают возможность видения слабых точечных источников света. Именно этими причинами объясняется то, что мощные телескопы, имеющие несколько метров в поперечнике, позволяют видеть звезды в десятки тысяч раз более слабые, чем видит невооруженный глаз.
Комментарии: (0)