העין האנושית וראיית לילה

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

העין האנושית (באנגלית: ׁHuman Eye) וראיית לילה (באנגלית: Night Vision). העין האנושית מתאימה את עצמה למגוון רחב של עוצמות תאורה. מאחר ורוב הכוכבים וגרמי השמיים הינם חלשים במיוחד העין האנושית מבחינה בהם ביתר קלות באשר היא נמצאת במצב מסוים הקרוי ראיית לילה.


אנטומיה של העין האנושית

החלקים הקדמיים של העין האנושית הינם הקרנית (Cornea) ועדשת העין (Lens) ובינהן נימצאים הלשכה הקדמית (Aqueus Humor) והאישון (Iris) שלמעשה משמש כצמצמם. כל החלקים שהוזכרו עד כה הינם משטחי השבירה האופטיים (ראו: עדשה). לאחר שהאור עובר משטחים אלה הוא עובר דרך אזור גלגל העין המלא חומר שקוף הנקרא Viterous Gel ואז מגיע אל הרשתית (Retina). לכל האיברים הללו אין תפקיד בראיית לילה ,מלבד האישון המתרחב בתנאי תאורה נמוכים על מנת להעביר יותר אור. פתיחתו וסגירתו של האישון בהתאם לתנאי התאורה הינה מהירה מאד ומתרחשת בסקאלות זמן של כשנייה. למרות מהירות הפתיחה והסגירה של האישון בהתאם לתנאי התאורה, כאשר העין האנושית עוברת מתנאי אור לתנאי חושך לוקח לה כ-20 דקות להסתגל ולתפקד ביעילות. הסיבה לפרק הזמן הארוך הדרוש להסתגלות לראיית לילה (קרי תיפקוד אופטימלי של העין בתנאי תאורה נמוכים) נעוצה במבנה ובפיזיולוגיה של הרטינה.

מבנה הרשתית והפיזיולוגיה שלה הם האחראים לראיית הלילה, הצורך באור אדום בזמן תצפית אסטרונומית וראייה מוסבת (ראה בהמשך).

הרשתית הינה למעשה משטח העשוי מספר שכבות של תאים שתפקידם להמיר אנרגיית אור לסדרה של תגובות כימיות שסופן יצירת אותות חשמליים המגיעים דרך מערכת העצבים למוח. התאים המגיבים ראשונים לאנרגיית האור נקראים - פוטורצפטורים והם מתחלקים לשני סוגים עיקריים: מדוכים (Rods) וקנים (Cons).

המדוכים מרוכזים בחלק המרכזי של הרשתית, בדיוק מול עדשת העין ובעין האנושית יש בערך כ-6 מיליון מדוכים. צפיפותם של המדוכים יורדת ככל שמתרחקים לעבר היקף הרשתית. באזור היקף הרשתית מצויים בעיקר קנים. המדוכים הינם בעלי כושר הפרדה זוויתי טוב ובעלי יכולת הבחנה בין צבעים ואור בתנאי תאורה גבוהים (אך לא גבוהים מדי). הקנים לעומת זאת אינם מצטיינים בהבחנה בין צבעים וכושר ההפרדה שלהם נופל מזה של הקנים. ריכוז הקנים הינו מירבי באזור הראייה המרוחק כ-20 מעלות מציר מרכז הראייה. הקנים רגישים יותר לאור מאשר המדוכים ותפקידם העיקרי הוא תיפקוד בתנאי תאורה נמוכים (ראיית לילה). כלומר, בלילה חדות הראיה וההבחנה בצבעים מוקרבת לטובת ההסתגלות לחושך. בעין האנושית יש בממוצע כ-125 מיליון קנים.

במדוכים קיימים שלושה סוגי פיגמנטים הרגישים לאורכי גל של 4200, 5340 ו 5640 אנגסטרם. הקנים לעומת זאת מכילים את פיגמנט הרודופסין (ראו להלן) הרגיש לאור באורך גל של 4980 אנגסטרם.

קוטר האישון

המפתח המירבי של האישון, שכאמור משמש כצמצם, משתנה כאמור כתלות בעוצמת התאורה וכן הוא שונה מאדם לאדם. המפתח המירבי, בתנאי חושך, של אדם תלוי בעיקר בגילו. ניתן להעריך את הקוטר המירבי, DI, של האישון כתלות בגיל A בשנים ע"פ הקשר הבא:

D_{I}=7 e^{(-0.5[A/100]^{2})}~{\rm mm}

ראייה מוסבת

לדוגמא, נניח שאנו רוצים לצפות בעצם שמימי בהיר (לדוגמא: כוכב הלכת צדק). במקרה זה אין לנו בעיה של עצמת אור ואנו מעוניינים להבחין בצבעים השונים ,לאתר את הכתם האדום ולהבחין בחגורות המשווניות השונות בתצפית מסוג זה אנו ממרכזים את המבט ישר לאמצע שדה הראייה של הטלסקופ על מנת שמוקד עדשת העין יפול בדיוק באזור מרכז הרשתית, שם מרוכזים הקנים שיספקו לנו הפרדת צבעים וכושר הפרדה טוב. לעומת זאת, בעת תצפית בעצמי שמיים עמוקים (גלקסיות וערפיליות) – עצמים בעלי בהירות נמוכה ליחידת שטח, יש צורך לעשות שימוש במדוכים, הרגישים יותר לאור (אך שאינם רואים צבעים בצורה טובה). על מנת להשתמש במדוכים יש צורך להכווין את מרכז שדה הראייה מעט הצידה מהכיוון שאליו אנו מעונינים להתבונן. שיטה זו, הקרויה ראייה מוסבת מאפשרת לעין האנושית להבחין בעצמים חלשים יותר והיא שימושית במיוחד כאשר מתבוננים דרך טלסקופ על גרמי השמיים.

הסתגלות לחושך

בקנים ובמדוכים ישנן מולקולות הנקראות פוטופיגמנטים ונמצאות בקרום התאים הנ"ל. מולקולות אלו משמשות להמרת אנרגיית האור לתגובה כימית. במדוכים מצוי חלבון הקרוי רודופסין (Rodopsin). כאשר אור פוגע בחלבון זה הוא יוצר בו שינוי מבנה מרחבי אשר מתחיל שרשרת תגובות כימיות הגורמות להגברת עצמת אותות האור, ולבסוף ליצירת אות חשמלי במערכת העצבים המגיע למוח. (הרודופסין המשמש בראיית לילה קולט ומגיב לאורכי גל שונים באותה צורה, ועל כן בלילה, העין האנושית איננה מבחינה בצבעים. זו הסיבה גם שעצמי שמיים עמוקים חיוורים נראים לנו, כאשר אנו מתבוננים ישירות דרך טלסקופ, בדרך כלל כחסרי צבע – למעשה ניתן להבחין בצבעים של עצמי שמיים עמוקים באמצעות העין על ידי שימוש בטלסקופים גדולים מאד. אור בהיר ומסנוור גורם להרס רב של מולקולות הרודופסין תוך התהליך שתואר למעלה, ולכן לאחר חשיפה ממושכת לאור בהיר כמות הרודופסין בקצות המדוכים יורדת. על מנת ליצור שוב כמות משמעותית של רודופסין, יש צורך בפרק זמן של כ-20 עד 30 דקות. לכן כשאנו יוצאים מחדר מואר לאזור חשוך זה פרק הזמן שלוקח לנו להסתגל למצב של ראיית לילה.

שימוש באור אדום

ניתן להימנע מהרס של חלבון הרודופסין על ידי שימוש באור אדום. אור אדום אינו הורס את מולקולות הרודופסין כמו יתר אורכי הגל וזו הסיבה שאסטרונומים חובבים ומקצועיים כאחד עושים שימוש באור אדום בזמן תצפית אסטרונומית.

עצות לתצפית אסטרונומית בעין וראיית לילה

המערכת העצבית אליה קשורים המדוכים בנויה כך שהיא מזהה טוב מקורות אור נעים. כאשר אתם משתמשים בראיה מוסבת דרך טלסקופ, נסו לשחק קצת עם הטלסקופ הלוך וחזור או בתנועות מעגליות קטנות סביב המקום בו אתם חושבים שהעצם נמצא. לעתים תזהו מקור אור חלוש נע שלא זיהיתם אותו כאשר השדה היה נייח.

דיעה רווחת בקרב חובבי אסטרונומיה היא, שלמטרת תצפית בעצמי שמיים עמוקים יש להשתמש בהגדלה נמוכה (ראה: הגדלה של טלסקופ), בעיקר מפני שכאשר עולים בהגדלה אותה כמות של אור מתפרשת על פני שטח גדול יותר, והבהירות ליחידת שטח יורדת. למעשה, כתוצאה מהפיזיולוגיה של העין המצב מסובך יותר, ושימוש בהגדלה גבוהה או בינונית אינו בהכרח חיסרון. שוב הדבר טמון ברשת העצבית הסבוכה של העין. מסתבר שכשמדובר בעצמים בעלי הארה חלשה וגודל זוויתי קטן, המדוכים מקושרים כך שכאשר תא עצב אחד קולט אור הוא מחפש אות עצבי מתאי העצב השכנים לו, דבר שירמז על כך שגם הם הבחינו באור. אם לא נקלט אות עצבי כזה, מתעלמת הרשת העצבית מהגירוי ולא מועבר מידע למוח. במילים אחרות, ככל שיותר מדוכים קולטים את האור כך גדל הסיכוי שיועבר מסר למוח - "ראיתי". לסיכום, כשעולים בהגדלה לעתים מאבדים מעצמת ההארה ליחידת שטח, אך יותר מדוכים קולטים את האור. על כן, ישנם עצמי שמיים עמוקים ששווה, לאחר שאיתרתם אותם בהגדלה קטנה לנסות לאתרם גם בהגדלות גבוהות יותר – ייתכן שתופתעו ותבחינו ביותר פרטים.

ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים


ספרות מקצועית

מחברים


אמיר אברמוביץ'