ЕНКМ_4 часть

частицами воды и льда. Единственное объяснение, что центрами рассеяния служат сами молекулы воздуха. Каждая в отдельности, конечно, очень ничтожна, но огромного их количества в атмосфере вполне достаточно, чтобы слой толщиной много километров получил заметную яркость с определенным преобладанием фиолетового и синего.

Утренняя и вечерняя заря как приметы погоды.

Он же сказал им в ответ: «вечером вы говорите: будет ведро, потому что небо красно; и поутру: сегодня ненастье, потому что небо багрово.

Лицемеры! различать лицо неба вы умеете, а знамений времени не можете?» (Евангелие от Матфея, XVI)

Это древнее и универсальное правило, как показывает современная статистика, в большинстве случаев действительно выполняется.

Объяснение несколько отличается в разных случаях. Красный закат означает, что воздух чист на западе и, так как условия погоды перемещаются, вообще говоря, с запада на восток, мы можем ждать хорошей погоды; по-видимому, цвет неба усиливается, если красные лучи Солнца освещают последние облака уходящей депрессии. Но если депрессия приближается с запада, темные облака отбрасывают тени на большое пространство и вечернее небо кажется бледным, ко- ричнево-желтым. Красный восход означает, что к востоку от нас нет больших скоплений облаков. Цвет усиливается, когда над нами проходят перистые облака, возможно, предвещающие новую депрессию. Горизонтальные полосы красны только тогда, когда воздух содержит пыль или капли воды; утром пыли немного, и красный цвет должен вызываться водой. При высоком давлении и хорошей погоде вечером небо ясно, и мы видим пурпурный свет; утром в таком случае часто бывает легкий туман.

Цвет Солнца, Луны и звезд. Из-за ослепительной яркости Солн-

ца трудно судить о его цвете. Однако можно сказать, что оно определенно желтое и в сочетании с цветом голубого неба создает смесь,

21

которую мы называем «белое» – цвет листа бумаги, когда светит Солнце и небо чистое. Оценки такого рода затруднительны из-за некоторой неопределенности понятия «белое». Вообще говоря, мы склонны считать преобладающий в нашем окружении цвет белым или почти белым.

Впасмурный или туманный день лучи, идущие от Солнца и от неба, уже перемешаны из-за бесчисленных отражений и преломлений

вкаплях воды; цвет неба становится белым. Если мы примем во внимание, что голубой свет неба есть в действительности рассеянный свет Солнца, мы придем к выводу, что Солнце, наблюдаемое вне атмосферы, должно также быть и практически белым.

Мы уже знаем, что оранжевый или красный цвет заходящего Солнца связан с быстрым увеличением пути, который проходят его лучи в воздухе, прежде чем попадают в наш глаз; постепенно более преломляемые лучи рассеиваются почти полностью и остаются только темно-красные.

Внемногих редких случаях, когда капли тумана очень малы и особенно сильно рассеиваются короткие волны, Солнце высоко в небе кажется медно-красным. В других случаях оно синеватое; это говорят, бывает чаще тогда, когда края облаков окрашены в оранжевый цвет.

Луна днем имеет поразительно чистый белый цвет. Это объясняется тем, что рассеянный небом голубой свет добавляется к желтоватому цвету самой Луны. Точно так же, когда Луна восходит или заходит днем, она практически бесцветна, тускла и лишь несколько желтовата. С заходом Солнца, по мере того как ослабевает голубой свет неба, она становится все более желтой. В какой-то момент она становится чисто желтой; впрочем, цвет, вероятно, кажется более насыщенным из-за психологического контраста с все еще голубым фоном. Когда сумерки близки к концу, цвет снова становится желтобелым, по-видимому, из-за того, что все вокруг становится более темным.

22

Остаток ночи Луна сохраняет светлый желтоватый цвет, в точности подобный Солнцу днем. Цвет белее в очень ясные зимние ночи, когда Луна стоит очень высоко, но близ горизонта она становится такой же оранжевой и красной, как и заходящее Солнце; то, что в этом случае впечатление совершенно меняется, объясняется большим поглощением атмосферы.

Полная Луна, когда она видна в синеватой земной тени, имеет приятный бронзово-желтый цвет, без сомнения, обусловленный контрастом с окружением. Если она окружена небольшими пурпурнокрасными облаками, ее цвет становится почти зелено-желтым; если облака оранжево-розовые, Луна превращается в сине-зеленую. Эти контрастные цвета отчетливее для лунного серпа, чем для полной Луны.

Не следует смешивать с цветом Луны цвет пейзажа при лунном свете, который обычно считают голубым или сине-зеленым. Без сомнения, подобный эффект в значительной мере вызывается контрастом с нашим оранжевым искусственным светом, который еще более подчеркивает голубизну неба, освещенного Луной.

Различие в цветах звезд вызывается разницей в их температурах, и мы можем заключить, что они показывают ту же последовательность цветов, что и светящееся тело, постепенно остывающее: от белого через желтый и оранжевый к красному. Окончательно не установлено, следует ли считать наиболее горячие звезды голубыми или белыми.

Цвет облаков. Большое удовольствие – следить летом за проплывающими мимо кучевыми облаками и пытаться объяснить, почему они то светлые, то темные. Когда облако освещено Солнцем, оно ослепительно белое, но когда облако проходит над нами, его основание становится серым или совсем темным. Капли воды в облаке так тесно расположены друг к другу, что оно представляет собой почти совершенно непрозрачное белое тело – белое потому, что свет с трудом проникает в облако, но очень хорошо отражается многочисленными каплями. Если Солнце закрыто кучевыми облаками, они кажут-

23

ся темными, но края облаков всегда светлые: «каждое облако имеет серебряную подкладку». Таким образом, распределение света и тени предоставляет нам интересные данные о различных частях облака – верхних, нижних, передних, задних – и о действительной форме этого громадного образования.

Причины, определяющие цвет воды. Бесконечно изменчивые,

быстро изменяющиеся рисунки, напоминающие мрамор, разные для каждой ряби, прелесть их сочетаний всегда доставляет удовольствие глазу…

Попытаемся проанализировать их.

1.Часть света, приходящего к нам из воды, отражается от ее поверхности; пока поверхность спокойна, она действует подобно зеркалу, и цвет воды голубой, серый или зеленый, в соответствии с ясным или облачным небом или пологими берегами, покрытыми травой. Но если поверхность воды покрыта рябью, цвета неба и берегов перемешиваются и отблески одного цвета накладываются на другой. Когда поверхность сильно взволнована, волна просто отражает смесь цветов.

2.Другая часть света проникает в воду и рассеивается там частицами пыли. Эти частицы, как правило, бывают столь велики, что рассеивают все лучи одинаково, так что испускаемый свет имеет тот же цвет, что и падающий; если присутствуют частицы песка или глины, испускаемый свет может иметь коричневый оттенок. В очень глубокой чистой воде значительная часть света рассеивается самими молекулами воды, и поэтому имеет тот же приятный голубой цвет, как и небо или толстый кусок ледникового льда.

3.В мелкой воде часть света достигает дна и испытывает там диффузное отражение, приобретая в то же время цвет дна водоема.

4.На своем пути сквозь воду лучи света претерпевают непрерывные изменения: а) из-за рассеяния они теряют часть своей интенсивности; в чистой воде особенно ослабляются фиолетовые и синие лучи; б) из-за поглощения в воде, которое становится заметным уже в слоях глубиной в несколько метров, теряются желтые, оранжевые и

24

красные лучи точно так же как при прохождении света сквозь окрашенное стекло.

Цвет моря. Цвет моря определяется главным образом отражением от его поверхности. Но поверхность моря живет, движется, волнуется, покрывается зыбью в зависимости от ветра и формы берегов – и отражение возникает бесчисленным множеством способов.

Главное правило: далекие отражения смещены к горизонту из-за того, что мы видим склоны далеких волн. Поэтому цвет моря вдали приблизительно такой же, как неба на высоте 20º ÷ 30º, и, следовательно, темнее, чем небо на горизонте; это тем более верно потому, что отражается лишь часть света.

Кроме того, море имеет «свой собственный» цвет: цвет света, рассеянного в его глубине. С точки зрения оптики, важнейшее, что характеризует море, – это глубина. Глубина морей так велика, что свет, достигший его дна, практически не возвращается обратно. Поэтому «собственный цвет моря» определяется совместным действием рассеяния и поглощения масс воды. Море, в котором свет лишь рассеивается, должно (если не говорить об отражении) казаться молоч- но-белым, поскольку весь свет, проникающий в море, в конце концов выйдет обратно. Море, в котором происходит лишь поглощение, должно быть черным, как чернила; в таком море лучи света будут выходить наружу лишь после того, как они достигли дна, и даже очень малого поглощения на этом очень длинном пути сквозь воду достаточно, чтобы погасить их.

Однако, как уже говорилось, цвет определяется совместным действием поглощения и рассеяния: лучи, которые слабо подвергаются рассеиванию, проникнут в воду дальше, прежде чем они будут рассеяны «назад», и в течение этого длинного путешествия они испытают более сильное ослабление из-за поглощения.

Цвет твердых тел. В скалах, горных породах, земле и стволах деревьев, которые считаются «непроницаемыми», рассеяние и поглощение намного больше, но оптическое явление по существу остается тем же, только то, что вне воды происходит в слоях, измеряемых

25

метрами, здесь происходит в тонком слое близ поверхности тела. Типичные черты твердого тела проявляются лишь постольку, поскольку поверхность показывает нам всевозможные степени ровности, бугристости или тусклости. Мы можем говорить тогда о правильном или неправильном отражении, или о рассеянии света.

Предметы, которые дают правильное отражение, – редкое явление в пейзаже. В этом случае мы, прежде всего, начинаем думать о гладкой поверхности льда, об оконном стекле, металлических предметах или обледеневших ветвях дерева.

Мы часто замечаем, как чудесно сверкают только что выпавшие снежинки, если мы случайно оказываемся в направлении, в котором они отражают солнечный свет. Если смотреть на мостовую под косым углом, то на ней можно увидеть такие же световые дорожки, какие мы видим на волнующейся поверхности воды.

Характерной особенностью тел, которые не только отражают свет на своей поверхности, но и рассеивают его, является то, что они одновременно дают отражение и тень предмета.

В большинстве случаев твердые тела имеют матовую поверхность; к тому же эта поверхность бывает, как правило, неровной, она больше рассеивает свет, чем отражает. Солнечный свет, падающий на пашню, песчаную поверхность или снег, освещает их так, что они становятся видимыми в любом направлении. Но при более пристальном наблюдении мы замечаем, что рассеивание света твердыми телами бывает неодинаковым в различных направлениях.

Светящиеся растения, животные и камни.

Светляки. Светляк принадлежит к отряду жуков. Самка светляка бескрыла и ползает, самец летает. Светящиеся органы занимают последние два сегмента брюшка и содержат вещество, которое светится при окислении вследствие хемилюминесценции. Испускаемые лучи принадлежат к той области спектра, к которой наиболее чувствителен глаз. Инфракрасное излучение отсутствует. Таким образом, этого жука можно назвать действительно идеальным источником света – если бы только он светил несколько ярче!

26

Деревья. Иногда в темную летнюю ночь в сыром лесу можно видеть слабый свет, вызываемый гниющим деревом. Это свечение вызвано волокнами грибницы опенка. Иногда светятся также и гниющие ветки; это свечение вызывается бактериями. Сухие листья березы и дуба, скопившиеся толстым слоем и полусгнившие, явственно излучают свет на определенной стадии распада. В этом случае свечение приписывают волокнам грибка.

Кошачьи глаза. Всем знаком сильный свет, который, как кажется, излучают глаза кошки. Однако в действительности этот свет представляет собой отраженный, точнее, направленно отраженный свет, подобный свету фары велосипеда или нимбам на росистой траве. Лучи, проникающие сквозь роговицу, образуют в глазу четкое изображение. Это изображение отражает свет так, что пучок лучей возвращается практически по тому же пути, по которому он проник в глаз. Иногда свечение кошачьих глаз заметно на расстоянии 80 м.

Свет, отраженный глазами собаки, становится красноватым. Глаза овец, кроликов и лошадей тоже светятся, но глаза человека этим свойством не обладают.

Искры от камней. Если ударить два камня друг о друга в возможно более темном месте – появятся искры и специфический запах. Искры представляют собой обломавшиеся частицы, нагретые при ударе до такой степени, что они начинаются светиться. Запах объясняется тем, что при ударе освобождается некоторое количество газа.

Блуждающие огни. Народные сказания повествуют о блуждающих огнях, танцующих на кладбищах и заманивающих путников в болота. Их существование, однако, отнюдь не сказка. Их видел и описал знаменитый астроном Бессель и др. Трудность в том, что это явление имеет множество различных форм.

Блуждающие огни появляются в болотах, в местах, где добывают торф, и вдоль канав. Они напоминают крошечное пламя, высотой от 1 до 12 см и шириной не более 4 см. Иногда они возникают непосредственно на земле, иногда же плывут приблизительно в 10 см над ней. Во многих случаях наблюдаются блуждающие огни, горящие без

27

перерыва часами, в продолжение всей ночи и даже днем. Чаще всего они внезапно появляются и так же внезапно исчезают.

Какова же природа этого загадочного пламени? Предполагается, что это может быть фосфористый водород, который способен самопроизвольно загораться в воздухе. Эти газы могут образовываться при распаде гниющих веществ. Само пламя – одна из форм хемилюминесценции. Низкая температура часто характерна для реакций такого рода.

Человеческое зрение. Глаз, орган зрения, воспринимающий свет. Глаз человека имеет сферическую форму, диаметр его около 25 мм. Стенка этой сферы (глазного яблока) состоит из трех основных оболочек: наружной, представленной склерой и роговицей; средней, сосудистого тракта, – собственно сосудистой оболочки и радужки; и внутренней – сетчатки. Глаз имеет вспомогательные структуры (придатки) – веки, слезные железы, а также мышцы, обеспечивающие его движения.

Зрение – процесс, обеспечивающий восприятие света. Мы видим объекты потому, что они отражают свет. Цвета, которые мы различаем, определяются тем, какую часть видимого спектра отражает или поглощает предмет. Когда клетки сетчатки, колбочки и палочки, подвергаются воздействию света с длиной волны от 400 нм (фиолетового) до 750 нм (красного), в них происходит химическая реакция, вследствие которой возникает нервный сигнал. Этот сигнал достигает мозга и порождает в бодрствующем сознании ощущение света.

Зрительные системы. В глазу человека (и многих животных) есть две световоспринимающие системы: колбочки и палочки. Зрительный процесс лучше изучен на примере палочек, но есть основания полагать, что в колбочках он протекает сходным образом.

Если перейти из места с ярким освещением в слабо освещенное, как это бывает при посещении театра в полдень, то интерьер покажется вначале очень темным. Но через несколько минут это впечатление проходит, и предметы становятся хорошо различимыми. Во время адаптации к темноте зрение почти полностью зависит от пало-

28

чек, так как они лучше работают при слабой освещенности. Ввиду того, что палочки не различают цвета, при низкой освещенности зрение бесцветно (ахроматическое зрение).

Если глаз внезапно подвергается воздействию яркого света, мы плохо видим в течение короткого периода адаптации, когда основная роль переходит к колбочкам. При хорошем освещении мы вполне различаем цвета, поскольку цветовое восприятие является функцией именно колбочек.

Теории цветового зрения. Основу изучения цветового зрения заложил Ньютон, показавший, что с помощью призмы белый свет можно разложить на непрерывный спектр, а путем воссоединения компонентов спектра вновь получить белый свет. В дальнейшем было предложено много теорий для объяснения цветового зрения.

Классической стала теория цветового зрения Г. Гельмгольца, модифицирующая теорию Т. Юнга. Она утверждает, что все цвета могут быть получены смешением трех основных цветов: красного, зеленого и синего, а восприятие цвета определяется на сетчатке тремя разными светочувствительными веществами, локализованными в колбочках. Эта теория получила подтверждение в 1959 г., когда было обнаружено, что в сетчатке имеется три типа колбочек: одни содержат пигмент с максимумом поглощения в синей части спектра (430 нм), другие – в зеленой (530 нм), третьи – в красной (560 нм). Спектры их чувствительности частично перекрываются. Возбуждение колбочек всех трех типов создает ощущение белого цвета, «зеленых» и «красных» – желтого, «синих» и «красных» – пурпурного.

Однако теория Гельмгольца не давала объяснения целого ряда феноменов цветового восприятия (например, ощущения коричневого или появления цветных остаточных изображений – т.н. послеобразов), что стимулировало создание альтернативных теорий. В 19 в. немецкий физиолог Э. Геринг выдвинул теорию оппонентных цветов, согласно которой цветовое восприятие основано на антагонизме некоторых цветов: как белое (состоящее из всех цветов) противоположно черному (отсутствию цвета), так желтое – синему, а красное – зе-

29

леному. В последние десятилетия, когда появилась возможность регистрировать активность отдельных нейронов и удалось выявить тормозные механизмы в деятельности нейросенсорных систем, стало ясно, что эта теория в целом адекватно описывает функцию ганглиозных (ганглий – нервный узел, скопление нервных клеток, волокон и сопровождающей их ткани – глии) клеток и более высоких уровней зрительной системы. Таким образом, теории Гельмгольца и Геринга, которые долгое время считались взаимоисключающими, обе оказались в основном справедливы и дополняют друг друга, если рассматривать их как описание разных уровней цветового восприятия.

Цветовая слепота чаще всего бывает наследственной и передается обычно как рецессивный сцепленный с X-хромосомой признак. Это весьма распространенный дефект зрения: им страдают 4% ÷ 8% мужчин и 0.4% женщин в европейских популяциях. Во многих случаях цветовая слепота выражается лишь небольшими отклонениями в восприятии красного и зеленого; способность же подбирать все цвета соответствующим смешением трех основных цветов при этом сохраняется. Эту форму цветовой слепоты определяют как аномальное трихроматическое зрение. Другая ее форма – дихроматическое зрение: люди с этой аномалией подбирают все цвета путем смешения только двух основных цветов. Чаще всего встречается нарушение восприятия красного и зеленого цветов (т.н. дальтонизм), но иногда – желтого и синего. Третья форма, крайне редкая, – это монохроматическое зрение, т.е. полная неспособность различать цвета.

Цветовое зрение у животных. Несмотря на широко распространенное убеждение, что цветовое зрение – редкость у млекопитающих, большинство которых якобы видит только оттенки серого, судя по накапливающимся фактам, многие виды, включая домашних кошек и собак, все же, хотя бы в некоторой степени, различают и цвета. Цветовое зрение, вероятно, наиболее развито у приматов, но известно также у лошади, жирафа, виргинского опоссума, нескольких видов белок и многих других.

30