Эффект Пуркинье

На рис. 8.2 показаны кривые спектральной чувствительности глаза человека днем и в сумерки и ночью. Функция V(λ) измеряется в относительных единицах. Для желто-зеленых лучей с длиной волны 0,556 мкм, к которым глаз наиболее чувствителен днем, значение функции V(λ) принято равным 1.

Рис. 8.2. Спектральная чувствительность глаза человека: 1 - днем, 2 - в сумерки и ночью.

Дневная кривая от максимума V(λ), равного 1 для желто-зеленых лучей, очень быстро снижается до нуля как в сторону фиолетовых (0,40 мкм), так и в сторону красных (0,76 мкм) лучей. Сумеречная кривая 2 повторяет форму дневной , но смещена относительно нее в сторону более коротких длин волн. Ее максимум приходится на длины волн 0,507 - 0,510 мкм, что соответствует уже зеленому цвету.

Кривые спектральной чувствительности глаза часто для краткости называют кривыми видности. Поскольку сумеречное и ночное зрение ахроматично, кривую видности 2 следует понимать следующим образом: при одинаковой интенсивности всех цветных лучей видимого спектра наиболее ярким, т. е. самым светлым, глазу кажется зеленый луч, а к обоим концам видимого диапазона яркость цветных лучей уменьшается до нуля. С длинноволнового конца спектр обрывается на оранжевом цвете. Красный цвет лежит за пределами кривой видности, т. е. глаз к нему не чувствителен.

Такое изменение кривой спектральной чувствительности глаза при уменьшении освещенности до уровня сумеречной и ночной впервые было изучено чешским ученым Пуркинье и получило название эффекта Пуркинье. На первый взгляд может показаться, что смещение кривой видности 2 по сравнению с 1 мало, всего около 0,05 мкм, и что не стоит обращать на него внимание. Однако это не так. Поскольку световой диапазон чрезвычайно узок - вся его "длина" около 0,36 мкм, смещение кривой видности 2 составляет около 14% от общей протяженности светового диапазона.

С проявлениями эффекта Пуркинье мы сталкиваемся в повседневной жизни, в быту, с ним приходится считаться в ряде отраслей промышленности (например, при изготовлении и применении красителей). Приведем пример явления, знакомого многим из повседневной жизни, но, по-видимому, не всем понятного. В ясный солнечный день летом вы видите на клумбе два цветка: красный мак и синий василек. Оба цветка имеют насыщенные цвета, мак кажется даже более ярким. А теперь вспомните, как выглядят эти цветы в сумерки и ночью. Мак, как и любые красные цветы, герань, сальвии, гвоздики, кажется черным, а василек стал светло-серым. Почему так изменилось цветовое восприятий этих цветков? Объясняется это тем, что красный цвет (кривая 2 рис 8.2) лежит за пределами кривой видности сумеречного зрения. Красные лучи перестали производить световое раздражение сетчатки, поэтому мак и выглядит черным. А почему василек стал светло-серым? Причина этого в ахроматичности палочкового аппарата.

А вот другой пример. Взгляните днем на разноцветный ковер, в котором имеются красные, оранжевые тона, а также зеленые, голубые или синие, а затем посмотрите на него в сумерки или ночью. При слабом освещении все красные и оранжевые цвета как бы "тонут", т. е. темнеют, а зеленые, голубые - "выпирают", становятся более светлыми. Создается впечатление, что днем это был совсем другой ковер.

Об этом явлении знали еще вышивальщицы в Древней Греции: работая при светильниках, они часто ошибались в расцветках, принимая одни за другие.

С влиянием эффекта Пуркинье приходится считаться астрономам при фотометрировании (т. е. сравнении яркости) звезд разного цвета.

С двумя примерами проявления эффекта Пуркинье мы уже встречались при объяснении особенностей лунных гало и радуг. Напомним, что у кругов гало, образованных лунными лучами, внутренняя сторона, обращенная к Луне, выглядит как почти черная полоса, окаймляющая общее светлое кольцо гало, что особенно заметно на фоне неба, более светлого внутри гало, чем вовне его. Отсутствие красной или оранжевой дуги у лунных радуг не так бросается в глаза ввиду того, что между красными дугами первой и второй радуг располагается полоса неба более темная, чем части неба со стороны фиолетовых дуг. Отсутствие красного цвета у лунных радуг и гало объясняется полной потерей чувствительности к красным лучам сумеречного и ночного зрения человека.

Попробуем разобраться, почему спектральная чувствительность глаза изменяется при, переходе ото дня к ночи и наоборот. Чем обусловлена форма кривых 1 и 2 рис. 8.2 и пределы спектральной чувствительности глаза днем и ночью? Установлено, что причиной этих изменений является смена дневных источников освещения земной поверхности на ночные.

Форма дневной кривой видности с максимумом, приходящимся на желто- зеленый свет (0,556 мкм), повторяет форму средней кривой распределения энергии в солнечном свете, отраженном зеленой растительностью. В безлунные ночи освещенность земной поверхности создается ночным свечением атмосферы, светом, звезд и рассеянным солнечным светом. Максимум суммарной кривой распределения энергии всех ночных источников вместе взятых приходится на интервал длин волн 0,507 - 0,510 мкм, на который и смещается максимум ночной кривой видности.

Таким образом, в процессе длительной эволюции человека его зрение приспособилось к жизни среди зеленой растительности, освещенной солнечным светом днем, и к свету, исходящему от ночного неба, в темную часть суток.