Redzamā gaisma.Gandrīz visa gaisma uz Zemes ir no Saules. Saules gaisma ir primārais un svarīgākais gaismas avots uz mūsu planētas, nodrošinot siltumu un enerģiju gandrīz visām dzīvības formām.
Gaisma ir elektromagnētiskais starojums, un tā ir fundamentāla fizikas parādība.
Redzamā gaisma, kas ir gaisma?
Fizikāli gaisma ir elektromagnētisko viļņu veids, kas izplatās ar milzīgu ātrumu (vakuumā aptuveni 300 000 km/s).
1. Vispārīgais termins “gaisma” apzīmē jebkura viļņa garuma elektromagnētisko starojumu.
2. “Redzamā gaisma” ir tikai ļoti šaura elektromagnētiskā spektra daļa, ko spēj uztvert cilvēka acs un kas izraisa redzes sajūtu. Šis diapazons ir no aptuveni 380 līdz 760 nanometriem (nm).
Gaisma izplatās kā vilnis (ko raksturo viļņa garums un frekvence) un kā daļiņu plūsma (kas sastāv no fotoniem) – šo duālo dabu pēta fizika.
Kā Saprast, ka Mēs Redzam Šaurā Diapazonā?
Mēs redzam tikai to elektromagnētisko starojumu, kura viļņa garums iekļaujas cilvēka acs uztveres robežās – redzamās gaismas spektrā (apmēram 380–760 nm).
To, ka mēs redzam tikai šaurā diapazonā, saprot, salīdzinot redzamo gaismu ar visu elektromagnētisko spektru, kas ietver:
• Īsākus viļņu garumus (augstāka frekvence):
* Ultravioletais (UV) starojums (tieši blakus violetajai krāsai).
* Rentgenstari un gamma stari.
• Garākus viļņu garumus (zemāka frekvence):
* Infrasarkanais (IS) starojums (tieši blakus sarkanajai krāsai).
* Mikroviļņi un radioviļņi.
Cilvēka acs tīklenē esošās šūnas (vālītes un nūjiņas) ir jutīgas tikai pret gaismas viļņiem šajā šaurajā joslā. Mēs fiziski nespējam uztvert, piemēram, UV starus vai infrasarkano starojumu kā krāsu vai gaismu, lai gan tie ir daļa no gaismas (elektromagnētiskā starojuma).
Citi nelieli gaismas avoti.
Lai gan Saule ir dominējošais avots, pastāv arī citi nelieli, bet nozīmīgi gaismas avoti:
• Mēness 🌕: Tas pats nerada gaismu, bet atstaro Saules gaismu, padarot to redzamu naktī.
• Zvaigznes ✨: Tās izstaro savu gaismu, bet to attāluma dēļ mēs saņemam ļoti mazu daļu gaismas.
• Zibens ⚡: Spēcīga, īslaicīga elektriskā izlāde atmosfērā, kas rada intensīvu gaismu.
• Bioluminiscence 💡: Gaisma, ko rada dzīvi organismi (piemēram, jāņtārpiņi, dažas dziļūdens zivis), ķīmisku reakciju rezultātā.
• Mākslīgais apgaismojums 🌃: Gaisma, ko radījuši cilvēki (spuldzes, uguns, lāpas, LED u.c.), kas ir ļoti nozīmīga mūsu ikdienas dzīvē.
Kā Redz Dzīvnieki?
Dzīvnieku redze bieži vien atšķiras no cilvēka redzes un ir pielāgota to dzīvesveidam un videi:
1. Krāsu Redze (Spektrs)
• Trihromatiskā redze (3 veidu vālītes): Cilvēkiem, dažiem pērtiķiem. Mēs redzam sarkanās, zaļās un zilās krāsas kombinācijas.
• Dihromatiskā redze (2 veidu vālītes):
* Suņi un kaķi, kā arī citi zīdītāji. Viņi redz galvenokārt dzeltenos un zilos toņus. Sarkano un zaļo krāsu viņi, visticamāk, atšķir kā dažādus pelēkos vai dzeltenos/zilos toņus, līdzīgi kā cilvēki ar sarkan-zaļu krāsu aklumu.
• Tetrahromatiskā redze (4 veidu vālītes):
* Putni 🐦 (īpaši plēsīgie), zivis 🐠 un kukaini 🦋. Tie spēj uztvert arī Ultravioletos (UV) starus, kas cilvēkam nav redzami. Tas palīdz orientēties, medīt (putni redz urīna pēdas) vai atpazīt ziedu paraugus. Zivis izmanto UV spektru, lai gan ūdens dziļumā sarkanā un oranžā krāsa ātri absorbējas.
2. Redzes Asums un Jutība.
• Nakts redze: Suņiem, kaķiem un citiem plēsējiem ir vairāk nūjiņu (kas uztver gaismu/tumsu) un bieži vien spoguļveida slānis acs aizmugurē (Tapetum lucidum), kas atstaro gaismu atpakaļ caur tīkleni, uzlabojot redzi vājā apgaismojumā. Tāpēc viņu acis mirdz tumsā. Tomēr viņu redzes asums bieži ir zemāks nekā cilvēkiem.
• Redzes asums: Plēsīgajiem putniem (ērgļiem, vanagiem) ir neticami asa redze, kas ļauj saskatīt sīkas detaļas no liela augstuma.
3. Redzes Lauks.
• Binokulārā/Stereoskopiskā redze (acis priekšā): Plēsējiem (kaķiem, ērgļiem) tā nodrošina labu dziļuma uztveri (3D), kas ir būtiski precīzai medību.
• Plašs monokulārais redzes lauks (acis sānos): Upuru dzīvniekiem (trušiem, briežiem) tas nodrošina gandrīz 360 grādu skatu, kas ir svarīgi, lai laicīgi pamanītu plēsējus. Šai redzei bieži ir sliktāka dziļuma uztvere.
Vai Dzīvnieki Var Redzēt Tumsā?
Liela daļa nakts dzīvnieku (piemēram, kaķi, pūces, sikspārņi, brieži, suņi) spēj redzēt ievērojami labāk tumsā nekā cilvēks, taču tas nenozīmē, ka viņi redz pilnīgā bezgaismā. Viņi ir pielāgoti, lai maksimāli izmantotu nelielu gaismas daudzumu (piemēram, no mēness vai zvaigznēm).
Šo spēju nodrošina divi galvenie mehānismi:
1. Optiskā Pielāgošanās (Gaismas Pastiprināšana)
• Vairāk nūjiņu tīklenē: Dzīvnieku acīs, kas ir aktīvi naktī, tīklenē ir daudz vairāk nūjiņu (fotoreceptori, kas atbild par melnbalto redzi un jutību pret gaismu) nekā vālīšu (kas atbild par krāsu redzi). Tāpēc viņi labāk uztver gaismu, bet sliktāk krāsas.
• Spoguļslānis (Tapetum lucidum): Daudziem zīdītājiem (kaķiem, suņiem, briežiem u.c.) aiz tīklenes atrodas spīdīgs, gaismu atstarojošs slānis – Tapetum lucidum. Šis slānis darbojas kā spogulis, atstarojot gaismu atpakaļ caur tīkleni, dodot fotoreceptoriem otru iespēju uztvert fotonus.
Tieši šis mehānisms izraisa “spīdošo” acu efektu tumsā, kad tajās iespīd gaisma. Tas uzlabo gaismas jutību apmēram par 40%, tādējādi palielinot spēju redzēt vājā apgaismojumā.
2. Alternatīvās Maņas (Siltuma/Skaņas Uztvere).
Daži dzīvnieki tumsā “redz” citu elektromagnētisko starojumu vai izmanto maņas, kas nav atkarīgas no redzamās gaismas:
• Infrasarkanā (Siltuma) Uztvere: Dažām čūsku sugām (piemēram, klaburčūskām) starp aci un nāsi ir siltuma receptori (bedrīšu orgāni), kas uztver siltuma starojumu (infrasarkano starojumu), ko izstaro siltasiņu upuris. Tas ļauj tām precīzi noteikt upura atrašanās vietu pilnīgā tumsā.
• Eholokācija: Sikspārņi un delfīni neizmanto gaismu, bet gan izstaro skaņas (ultraskaņu) un analizē atbalss, lai radītu precīzu apkārtējās vides “skaņas attēlu”.
Kāda aparatūra pieejama cilvēkam, lai redzētu tumsā?
Tā kā cilvēka acij nav “Tapetum lucidum” un tā nav pietiekami jutīga, lai redzētu pilnīgā tumsā, mēs izmantojam divu veidu specializētu tehniku:
1. Gaismas Pastiprināšanas Ierīces (Night Vision Devices – NVD).
Šīs iekārtas ļauj redzēt ļoti vājā apgaismojumā, pastiprinot nelielu daudzumu apkārtējās gaismas (no mēness, zvaigznēm vai pat mākslīga infrasarkanā starojuma).
• Princips:
1. Tiek savākti vājie fotoni (gaismas daļiņas) no apkārtējās vides (redzamā gaisma un tuvais infrasarkanais starojums).
2. Fotonu plūsma tiek novirzīta uz fotokatodu.
3. Fotokatods pārvērš fotonus elektronos.
4. Elektroni tiek pastiprināti (reizināti) ar mikrokanālu plāksnes (MCP) palīdzību.
5. Pastiprinātie elektroni nonāk uz fosfora ekrāna, kas pārvērš tos atpakaļ redzamā gaismā (parasti zaļā krāsā).
2. Termiskās Attēla veidošanas Ierīces (Termokameras)
Šīs ierīces “redz” nevis gaismu, bet gan siltumu (temperatūras atšķirības), ko dabiski izstaro visi objekti un dzīvi ķermeņi Infrasarkanā starojuma diapazonā (kas cilvēkam nav redzams).
• Princips:
1. Īpašs objektīvs fokusē termisko (siltuma) infrasarkano starojumu uz detektoru masīva (mikrobolometra).
2. Detektors uztver temperatūras atšķirības un pārvērš tās elektriskos signālos.
3. Signālu apstrādes bloks pārvērš šos datus attēlā, kur dažādas krāsas vai toņi atspoguļo atšķirīgas temperatūras (parasti gaišākas krāsas nozīmē siltākus objektus).
• Priekšrocība: Termokameras var redzēt pilnīgā tumsā un cauri dūmiem vai miglai, jo tās uztver nevis atstaroto gaismu, bet gan pašu objektu izstaroto siltumu.
Labu Dienu Gaismas Pētnieki!
