Jak widzimy

W XVII wieku zobaczono tyle nowego na niebie i na ziemi, że nie sposób było uniknąć pytań, czym właściwie jest światło, skąd biorą się kolory, czy obrazy widziane w lunecie albo mikroskopie nie są tylko złudzeniami. Jeszcze na początku wieku uczeni koledzy Galileusza odmawiali spojrzenia przez teleskop, nie chcąc zaświadczać powagą swego autorytetu, że widziany w nim obraz jest czymś więcej niż jarmarczną sztuczką. Teorie objaśniające, jak tworzy się obraz w lunecie, powstały dopiero później. Niełatwo dziś ustalić, czy coraz powszechniejsze zaufanie do przyrządów optycznych było skutkiem rozwoju nauki i doskonalenia samych przyrządów, czy raczej postępującego przyzwyczajenia.
Światło – coś, czego nie da się pochwycić, zatrzymać, dotknąć, zamknąć w butelce – sprawiało wiele kłopotu i fascynowało filozofów mechanistycznych. Objaśnienie zjawisk świetlnych było rodzajem tour de force dla ich systemów, próbą, z której wszelako żaden z nich nie wyszedł bez szwanku. W dyskusjach na temat optyki widać również, jak łatwo było pokonać Arystotelesa w kategoriach ogólnych i jak trudno było uwolnić się od tradycji w niezliczonych kwestiach szczegółowych. W rezultacie siedemnastowieczna optyka bardziej przypomina plac budowy niż skończony gmach.
Optyka starożytna była przede wszystkim teorią widzenia, a właściwie wieloma sprzecznymi poglądami na jego temat. Zdaniem Arystotelesa wzrok postrzega nie światło, lecz barwę przedmiotu. Światło natomiast jest tym czymś, co sprawia, że potencjalnie przezroczyste ciała, jak powietrze czy woda, stają się przezroczyste aktualnie, tzn. pozwalają dostrzec barwy – „światło jest aktem rzeczy przezroczystej jako przezroczystej” – jak to ujmował. Było to naukowe wyjaśnienie, dlaczego nie widzimy w nocy, choć powietrze jest nadal przezroczyste: do widzenia barw potrzeba jeszcze światła.
Światło nie istnieje samodzielnie, nie jest substancją, lecz tylko „obecnością ognia lub czegoś tego rodzaju w materii przezroczystej”. Całe zjawisko widzenia nie wiąże się u Arystotelesa z żadnym ruchem przestrzennym. Barwy, jakie obserwujemy, powstają z ułożenia obok siebie cząstek białych i czarnych, tak małych, że niedostrzegalnych okiem. Z modyfikacji czy osłabienia bieli powstają kolejne barwy – od jasnej czerwieni, gdy osłabienie jest nieznaczne, aż po najsłabszy fiolet, graniczący z ciemnością.
Obok filozoficznej teorii Arystotelesa istniała w optyce geometryczna teoria promieni wzrokowych. Miały one tworzyć stożek z wierzchołkiem w oku: człowiek kierując wzrok w daną stronę wysyłałby z oka w odpowiednim kierunku wiązkę promieni. Starożytni sformułowali dla promieni wzrokowych prawo odbicia i badali również prawo załamania. Ptolemeusz podaje (bez komentarzy) dość dokładną tabelkę kątów padania i załamania w wodzie, która jest, jak wykazały to współczesne badania, wynikiem pomiarów dla kilku kątów i następnie dopasowania do tych danych zależności kwadratowej – choć nie miało to żadnego uzasadnienia teoretycznego.
Na początku XVII w. optyka była już dziedziną z bardzo długą tradycją od starożytności przez arabskie i łacińskie średniowiecze. Pierwszą pracą formułującą zasady optyki geometrycznej i działania wzroku w sposób, w jaki do dziś przedstawia się te zagadnienia w szkołach, była książka Keplera Ad Vitellionem paralipomena, 1604 (Paralipomena do Witelona). Sam tytuł nawiązujący do trzynastowiecznego uczonego ze Śląska Witelona świadczy o powolnym tempie przemian w świecie wiedzy i akademickiego nauczania. Pomimo tego konserwatywnego tytułu dzieło formułuje po raz pierwszy zasadę prostoliniowego rozchodzenia się światła we wszystkich kierunkach z każdego punktu świecącego przedmiotu. Objaśnia też optyczną konstrukcję oka: jest ono rodzajem camera obscura, w której światło wpadające przez źrenicę tworzy obraz przedmiotu na siatkówce. Rogówka i soczewka oka potrzebne są do wytworzenia ostrego obrazu. Obraz w camera obcura jest co prawda odwrócony, ale abstrakcyjnie rozumującemu Keplerowi zupełnie to nie przeszkadzało. To Kepler kilka lat później miał podać zasadę budowy teleskopu astronomicznego, w którym również obraz jest odwrócony.
Wyjaśnienie roli oka w tworzeniu się obrazów pozwoliło na rozdzielenie teorii widzenia i optyki. Oko stało się przyrządem optycznym o znanym działaniu. Aż do utworzenia się obrazu na siatkówce można posługiwać się optyką, a objaśnienie, w jaki sposób obraz z siatkówki może zostać przekazany do mózgu i zrozumiany, należy już do fizjologii.
Kepler pierwszy przedstawia tworzenie się obrazów jako odwzorowanie punktów przedmiotu na punkty obrazu. Oznacza to, że nie istnieje nigdzie w świecie zewnętrznym gotowy obraz przedmiotu, lecz tworzy się dopiero punkt po punkcie na siatkówce oka. Całość obrazu jest po prostu sumą jego części. Nie tylko nie postrzegamy przedmiotów bezpośrednio takimi, jakimi są, lecz nawet nie postrzegamy ich jako wyodrębnionych całości, widzimy jedynie zbiór świetlnych punktów.
Działanie soczewek i lunety było tematem następnego traktatu optycznego Keplera Dioptrice, 1611 (Dioptryka; dioptryka była jednym z tradycyjnych działów nauki o świetle, zajmującym się załamaniem), napisanego już po zastosowaniu lunety do obserwacji astronomicznych przez Galileusza. Sam Galileusz nie rozumiał zasady działania swego przyrządu, nie dysponował żadną teorią matematyczną na jego temat – co było zresztą typowe przy wprowadzaniu wielu wynalazków.
Kepler usiłował również odkryć matematyczne prawo załamania. Wypróbował w tym celu wiele formuł trygonometrycznych, jednak bez powodzenia. Jedną z przyczyn było, jak się zdaje, określenie przez niego kąta załamania jako kąta odchylenia promienia od pierwotnego kierunku – przy takim określeniu wzór jest bardziej skomplikowany. W zastosowaniu do soczewek wystarczała przybliżona wersja prawa słuszna dla niemal prostopadłego padania, lecz prawo słuszne dla wszystkich kątów sformułował dopiero Willebrord Snell. Snell nie opublikował swoich badań i prawo załamania zostało ogłoszone po raz pierwszy dopiero w 1637 r. przez Kartezjusza w jego La dioptrique (Dioptryka), która była jedną z trzech rozpraw dołączonych do Rozprawy o metodzie jako przykład zastosowania filozoficznej metody autora. Dwie pozostałe to La gomtrie (Geometria) i Les mtores (Meteory).
W Dioptryce Kartezjusz nie zajmuje się naturą światła, przedstawia jednak trzy porównania pozwalające wnioskować o jego właściwościach. Metodę postępowania porównuje z tym, co robią astronomowie, którzy na podstawie arbitralnych założeń otrzymują wnioski zgodne z obserwacjami. Według pierwszego porównania światło przypominałoby pewien ruch lub działanie, a widzenie byłoby podobne do macania laską przez ślepca. Laska ta wrażliwa byłaby również na pewne ruchy, które związane są z barwą. Nietrudno też byłoby pojąć, dlaczego światło rozchodzi się natych miastowo (jak sądził Kartezjusz). Drugie porównanie ma przybliżyć konsekwencje faktu, że świat jest wypełniony materią. Wyobraźmy sobie kadź pełną na wpół wytłoczonych winogron i winnego moszczu w porze winobrania. Jeśli w dnie kadzi zrobimy mały otwór, wino natychmiast zacznie wypływać. Wino z różnych punktów kadzi dąży prostoliniowo w stronę otworu – co ma wyjaśniać prostoliniowe rozchodzenie się światła, które jest „skłonnością do ruchu” eteru (wina), a nie samym ruchem. Ruch bowiem nie mógłby zachodzić jednocześnie w różnych kierunkach, jak rozchodzi się światło. Ruch eteru nie mógłby też być prostoliniowy – przeszkadzałyby w tym cząstki grubszej materii – winogrona z porównania. „Skłonności do ruchu” w różne strony nie przeszkadzają sobie wzajemnie, podobnie jak nie przeszkadzają sobie wzajemnie promienie świetlne biegnące
w różnych kierunkach. Światło nie jest więc niczym materialnym ani nie jest też ruchem.


Ryc. 1 Ilustracja prawa załamania według Kartezjusza

W trzecim porównaniu Kartezjusz zakłada jednak, że „skłonność do ruchu” – światło – podlega tym samym prawom co ruch i można zamiast światła rozważać tor piłki tenisowej odbijającej się od powierzchni bądź wpadającej na przykład do wody. Dla piłki prawa odbicia i załamania otrzymujemy przyjmując, że składowa prędkości wzdłuż granicy ośrodków nie zmienia się. Jeśli w drugim ośrodku całkowita prędkość piłki zmaleje, to jej tor odchyli się w kierunku granicy rozdziału obu ośrodków (ryc. 1), a odpowiednie kąty będą spełniać prawo załamania. Kartezjusz nie wyjaśnia, co w naturze miałoby być odpowiednikiem prędkości piłki z porównania – według niego światło rozchodzi się przecież momentalnie w obu ośrodkach. W ten sposób sformułowane zostało ściśle prawo załamania i pewna jego interpretacja teoretyczna. Nie wiadomo, czy Kartezjusz znał pracę Snella. Mieszkał w Holandii i obracał się w niewielkim środowisku uczonych, w którym informacje rozchodziły się dość szybko, sam oczywiście nic nie wspomina o jakichkolwiek poprzednikach. Niezależnie jednak od tego, czy znał ją, czy nie, jego zasługą pozostanie pierwsza próba zrozumienia tego prawa, jednego z kilku znanych wtedy matematycznych praw przyrody.


Ryc. 2 Aberracja sferyczna

Kartezjusz nie wykonał żadnych pomiarów, aby upewnić się co do słuszności prawa załamania. Analogia do ruchu piłki tenisowej wydawała mu się wystarczająco ścisła. W Dioptryce zastosował prawo załamania do najważniejszego zadania praktycznego ówczesnej optyki – zbadał możliwości ulepszenia przyrządów optycznych. Obraz w ówczesnych przyrządach optycznych był zabarwiony i często zniekształcony do tego stopnia, że rozpoznanie prawdziwego kształtu obiektu nie było wcale łatwe. Na przykład przez kilka dziesięcioleci dyskutowano nad kształtem planety Saturn, która każdemu obserwatorowi zdawała się inna. Gdy zauważono, że stosowanie soczewek o bardzo długiej ogniskowej pozwala zmniejszyć wpływ wad optycznych, zaczął się wyścig w budowaniu coraz dłuższych teleskopów. Składały się one z obiektywu i okularu, osadzonych na długim pręcie – były to tzw. tlescopes arienes – teleskopy powietrzne. Przyrządy te, stosowane przez najlepszych astronomów epoki, takich jak Cassini, bracia Huygensowie czy Heweliusz, osiągały długość dwustu stóp i były wyjątkowo trudne w obsłudze. Dzięki takim właśnie teleskopom dokonano większości odkryć w astronomii planetarnej XVII w. Dalsze zwiększanie długości było wszakże niemożliwe, przyrządy stały się nie tylko niewygodne, lecz również drgania konstrukcji utrudniały obserwacje, potrzebne były nowe idee.
Kartezjusz wykazał, że zwykła soczewka o sferycznych powierzchniach nie skupia w jednym punkcie wszystkich padających na nią promieni równoległych (ryc. 2). Jest to tzw. obecnie aberracja sferyczna. Soczewka taka nie może więc wytworzyć ostrego obrazu odległego przedmiotu. Posługując się prawem załamania i swą znajomością geometrii Kartezjusz udowodnił, że odpowiednio dobrane powierzchnie eliptyczne i hiperboliczne mogą idealnie ogniskować światło. Teoretycznie problem był rozwiązany i wydawało się, że wystarczy opracować metodę szlifowania soczewek o kształcie przecięć stożkowych. Zadaniem tym zajęło się wielu uczonych i współpracujących z nimi rzemieślników, rzecz okazała się jednak bardzo trudna. Szlifowanie powierzchni sferycznych odbywało się przez docieranie dwóch powierzchni, wklęsłej i wypukłej, za pomocą ruchów w różne strony, co nie jest możliwe w przypadku powierzchni innego kształtu niż sferyczna.




Ryc. 3 Tworzenie się tęczy

Druga z rozpraw Kartezjusza, Meteory, zawiera najważniejsze pojedyncze osiągnięcie Kartezjusza w naukach przyrodniczych: objaśnienie zjawiska tęczy, które było zresztą powodem napisania całej rozprawy. Tęczą zajmowało się wielu autorów od czasu Arystotelesa, lecz dopiero Kartezjuszowi udało się objaśnić, dlaczego łuk tęczy tworzy stały kąt z kierunkiem słońca. Już wcześniej zjawisko tęczy łączono z odbiciami i załamaniem światła słonecznego w kropelkach wody, próbowano też badać to zjawisko eksperymentalnie. Kartezjusz za pomocą szczegółowych rachunków opartych na prawie załamania wykazał, że kąt, pod jakim widać tęczę – to po prostu kąt, pod jakim odbija się najwięcej światła (światło odbija się tu od wewnętrznej powierzchni kropel wody, por. ryc. 3). Obliczony kąt porównał Kartezjusz z obserwowanym, wykonując odpowiednie doświadczenie. Praca dotycząca tęczy jest wyjątkiem u Kartezjusza, który z czasem coraz bardziej skłaniał się ku wyprowadzaniu objaśnień fizykalnych z racjonalnych zasad bez oglądania się na niewygodne szczegóły. Prawdopodobnie byłby bardzo zaskoczony, gdyby dowiedział się, że z jego całej fizyki przetrwał tylko jeden fragment: wyjaśnienie tęczy.



Ryc. 4 Powstawanie barw w pryzmacie według Kartezjusza

Pragnąc objaśnić również barwy tęczy Kartezjusz przypomniał sobie, że podobne barwy obserwuje się w szklanym pryzmacie. Doświadczenie, które pouczyło go o przyczynach tych barw, opisał w Meteorach (ryc. 4). Światło słoneczne pada na pryzmat, za którym jest szczelina i dalej ekran. Jeśli szczelina jest „dość wąska”, to jej obraz na ekranie jest wstęgą barw od fioletu w H po czerwień w F. Ponieważ w doświadczeniu zachodzi tylko pojedyncze załamanie i nie ma odbicia, przeto należy wnioskować, że nie odbicie, lecz właśnie załamanie jest przyczyną pojawiania się kolorów tęczy. Ponadto z faktu, że barw takich nie obserwuje się w płaskich płytkach szkła (np. w szybach), należy wnioskować, iż musi być to załamanie nie skompensowane żadnym innym. Dalej: aby widzieć barwy, potrzebujemy światła (antyczne rozróżnienie wciąż się narzucało) i również cienia, czyli „ograniczenia światła” – bo gdy szczelina staje się szeroka lub gdy ją całkiem usuniemy, obraz ma postać białego pasa zabarwionego jedynie przy brzegach. Barwy pojawiają się zatem w obszarze sąsiadującym z cieniem na skutek załamania. Próbując wyjaśnić, dlaczego jeden brzeg obrazu jest fioletowo-niebieski, drugi zaś czerwono-żółty, Kartezjusz przyjmuje, że okrągłe cząstki eteru, które przekazują owo „działanie czy ruch”, jakim jest światło, mogą się obracać. Przy obu brzegach cienia ruch obrotowy nadawany cząstkom materii jest różny. Tam, gdzie obserwuje się barwę czerwoną (wciąż uważaną za najsilniejszą), cząstki „dążą do obracania się z większą siłą niż do poruszania po linii prostej” (chodziło prawdopodobnie o prędkość obrotu większą niż ruchu postępowego, równe prędkości odpowiadałyby toczeniu się), barwie fioletowej (najsłabszej) odpowiada sytuacja odwrotna.
W rozumowaniu tym widać, jak Kartezjusz wyobrażał sobie osiąganie pewnych wyników w nauce za pomocą swej metody. Skoro światło jest tylko skłonnością do ruchu w materii, to nie potrzeba mnożyć bytów i osobno szukać objaśnienia barw i światła. Skoro zaś możliwe ruchy są postępowe lub obrotowe, a światło ma rozmaite kierunki rozchodzenia się i barwy, to z konieczności barwy należy wiązać z obrotami.
Przy okazji Kartezjusz obalił rozróżnienie barw pozornych – takich jak barwy tęczy, i barw prawdziwych – takich jak barwy przedmiotów, które istnieją, jak wierzono, nawet w ciemności. U Kartezjusza wszystkie barwy stają się barwami pozornymi: nie tylko więc nie widzimy bezpośrednio samych przedmiotów, lecz jedynie wysyłane przez nie światło, ale również nie widzimy ich barw, lecz jedynie barwę światła wpadającego do naszych oczu.
Odkrycie i uzasadnienie ścisłego prawa załamania nastąpiło wtedy, gdy zaczęto poszukiwać matematycznych praw przyrody. Jak wykazał Boyer, znajomość starożytnej tabelki kątów załamania wystarczyłaby do obliczenia promienia tęczy metodą Kartezjusza. Nikt jednak nie wykonał tych obliczeń przez półtora tysiąca lat, dopóki nie poznano prawa załamania i dopóki nie zaczęto myśleć w kategoriach ilościowych: tęczę widać w kierunku, z którego przychodzi najwięcej promieni. W ścisłość prawa załamania wierzono bardziej dzięki teoretycznemu uzasadnieniu niż dokładnym pomiarom. Prace optyczne Newtona miały oprzeć się na założeniu, że prawo załamania spełnione jest z absolutną dokładnością.



Zwierzęta widzą zupełnie inaczej, niż my. Niektóre tak doskonale, że człowiek nie może się z nimi równać. Inne odróżniają kolory, jakich my nigdy nie możemy zobaczyć. Jeszcze inne mają tak słaby wzrok, że muszą polegać na innych zmysłach.

Wzrok ptaków

Najważniejszy ze zmysłów u tej grupy zwierząt. Oko ptaka ma cechy nie spotykane w żadnej innej grupie systematycznej świata zwierząt. Doskonałość i wyjątkowa precyzja wzroku znajduje swoje uzasadnienie zarówno w różnych sposobach zdobywania pożywienia, jak i w orientacji przestrzennej.
U większości gatunków ptaków oczy są duże i osadzone po bokach czaszki w odpowiednio dużych oczodołach, co daje możliwość bardzo dużego widzenia całkowitego (do ok. 3400) przy małym polu widzenia binokularnego (6-240). Wyjątkiem pod tym względem są sowy (Strigidae) oraz większość jastrzębiowatych (Accipitridae), u których oczy są osadzone frontalnie i skierowane do przodu. Daje to większą możliwość widzenia binokularnego (od 50 do 700) i mniejszą całkowitego (ok. 2500). Receptorami wzroku są światłoczułe komórki percypujące fale świetlne znajdujące się w siatkówce oka: tzw. czopki i pręciki. W warstwie nabłonkowej siatkówki u ptaków dziennych przeważają czopki odbierające wrażenia barwne, natomiast u ptaków nocnych (np. sowy, lelki) – pręciki wyczulone na różne odcienie szarości.
Najwrażliwszym miejscem oka na działanie promieni świetlnych jest tzw. plamka żółta. W siatkówce człowieka znajduje się tylko jedna, a u ptaków, w zależności od gatunku, do trzech. Ponieważ ptaki mają w siatkówce większą liczbę receptorów niż człowiek, ich wzrok jest znacznie doskonalszy, a zwiększona liczba plamek żółtych pozwala dobrze latającym ptakom, np. drapieżnym, jerzykom, jaskółkom czy rybitwom, nie tylko na błyskawiczną orientację przestrzenną, zwłaszcza podczas lotu, lecz także na wyraźne lokalizowanie zdobyczy w powietrzu, jak i na ziemi, dzięki wyjątkowej zdolności akomodacyjnej soczewki oka (zmiana wypukłości soczewki ze zmianą kształtu całej gałki ocznej), co w efekcie daje możliwość przejścia z tzw. widzenia dalekiego na bliskie.

Wzrok kota

Każdy drapieżnik musi polegać na swoich wyostrzonych zmysłach. Nasz kot domowy zachował wszystkie zdolności percepcyjne wykorzystywane przez jego dziko żyjących krewniaków.
Oczy kota są podobnie zbudowane jak oczy człowieka, jednak szczególne modyfikacje w kocim oku umożliwiają mu szczególny rodzaj postrzegania.
Widzenie nocą. Często uważa się, że koty widzą w nocy. Jest to jednak nieprawda. W zupełnie ciemnym pokoju kot nie widzi lepiej od człowieka. Jednak potrafi skupić najsłabsze światło z otoczenia. Nawet w bezksiężycową noc niebo nigdy nie jest całkowicie czarne. Zawsze istnieje słabe światło gwiazd lub jakieś blade odbicie chmur, a właśnie oko kota jest przystosowane do wykorzystywania nawet najsłabszych refleksów światła.
Oko tego drapieżnika posługuje się genialną, choć prostą metodą lustra. "Lustro" umieszczone za wrażliwą na światło siatkówką składa się prawie z 15 warstw połyskliwych komórek i stanowi płaszczyznę odblaskową. Słabe promienie świetlne wnikają do oka, przechodzą przez nie i padają na receptory świetlne umiejscowione w siatkówce (pręciki i czopki). Następnie zostają odbite przez "lustro" i padają na pręciki i czopki w siatkówce drugi raz. Ta podwojona dawka światła zwielokrotnia jego działanie i znacznie zwiększa widzenie nocne kota. Wiadomo, że koty domowe wyraźnie widzą przy 1/6 światła, które potrzebne jest człowiekowi. Oczywiste jest jednak to, że kot nic nie zobaczy gdy w ogóle nie ma nawet odrobiny światła. W nocy, właśnie za sprawą tych połyskliwych komórek, oczy kota błyszczą w ciemnościach na zielono lub złoto. Oczy człowieka nie błyszczą w ciemnościach, czerwony poblask źrenic widuje się na fotografiach wykonanych za pomocą lampy błyskowej, pochodzi on od naczyń krwionośnych leżących poniżej siatkówki.
Pole widzenia. W porównaniu z ludźmi koty mają znacznie większe pole widzenia. Człowiek ma pole widzenia około 210 stopni, z których 120 stopni przypada na widzenie obuoczne. Pole widzenia kota wynosi 285 stopni, z czego 130 stopni przypada na widzenie obuoczne.
Szeroki zakres widzenia obuocznego jest przykładem przystosowania zwierzęcia do polowań, ponieważ umożliwia mu dokładną ocenę odległości i głębi obrazu. W praktyce wykazano, że o zdolności oceniania odległości decydują także inne czynniki. Udowodniono, że koty nie potrafią równie dobrze jak człowiek oceniać odległości. Ludzie kompensują nieco większe pole widzenia szybkimi ruchami gałek ocznych, które umożliwia szersze białko otaczające rogówkę i tęczówkę.
Jak działa oko. Źrenica kota, podobnie jak źrenice innych ssaków, rozszerza się w gorszym i zwęża w lepszym oświetleniu, choć rzeczywisty kształt źrenicy różni się u różnych gatunków kotowatych. Większe koty dziko żyjące mają źrenice owalne, puma ma źrenice okrągłe i tylko członkowie rodziny Felis (także kot domowy) mają pionowe źrenice
o kształcie szczeliny.
Zaletą wąskiej źrenicy jest zdolność do skutecznego i silniejszego zwężania się w porównaniu ze źrenicą okrągłą. Służy to ochronie nadzwyczaj wrażliwej siatkówki. W rzeczywistości źrenica nigdy całkiem się nie kurczy - na dole i u góry szczeliny zawsze pozostaje otwarta szparka wielkości główki od szpilki. Pręciki w siatkówce oka kota umożliwiają dobre widzenie w nocy i są wrażliwe na światło o małym natężeniu. Czopki ułatwiają rozróżnianie mocy. Oczy kota zawierają więcej pręcików i mniej czopków od oczu człowieka. Dlatego koty widzą lepiej przy słabym świetle, ale nie potrafią odróżnić subtelnych szczegółów tak dobrze, jak człowiek.
Koty skupiają wzrok tak samo jak my, przez zmianę kształtu soczewek za pomocą mimowolnego skurczu drobnych mięśni. Proces ten, zwany akomodacją, ma uwypuklić soczewkę podczas oglądania bliżej znajdujących się przedmiotów, albo ją spłaszczyć, jeśli przedmioty są oddalone. Zdolność do skupiania jest równie dobra u kota, jak i u człowieka.
Widzenie barwne. Oko kota zawiera czopki co najmniej dwóch, a może trzech rodzajów. Wiadomo, że czopki w oku ludzkim odgrywają zasadniczą rolę w widzeniu barwnym.
Naukowcy są przekonani, że choć koty potrafią rozróżniać barwy, nie ma to dla nich większego znaczenia! Oko rozróżnia barwy, ale mózg ich nie odbiera. Ta różnica między widzeniem a percepcją jest istotna, ponieważ wykazano, że kota można, choć z trudem, nauczyć postrzegać barwy. Jednak, ogólnie rzecz biorąc, kot nie rozróżnia barw, nie jest to bowiem dla niego ważne, nie odgrywa to żadnej roli podczas łapania myszy.Ale przecież naukowcy mogą się mylić.


LUNETA


Luneta zwana też w astronomii refraktorem wykorzystuje zjawisko tzw. refrakcji światła polegające na załamaniu się promieni światła po przejściu przez inne środowisko (w tym przypadku powietrze - szkło). Współczynnik załamania się światła w szkle zależy od jego rodzaju - co jest wykorzystywane przy soczewkach tzw. achromatycznych. Lunety możemy podzielić na dwa rodzaje. Pierwszym jest luneta typ "Galileuszowego" na bazie której są budowane lornetki teatralne. Składa się ona z obiektywu którego rolę pełni soczewka skupiająca i okularu zbudowanego z soczewki rozpraszającej. W efekcie otrzymujemy obraz ziemski nie odwrócony jednak pole widzenia takiej lunety jak i powiększenie jest bardzo małe i w praktyce nie polecałbym stosowania takiego rozwiązania, więc tu tez nie będę się rozpisywał więcej na temat tego typu lunety. Drugim typem lunety jest luneta typu "Keplera" na bazie której konstruowane są w większości instrumenty optyczne począwszy od lornetek , teodolitów, lunet widokowych a skończywszy właśnie na teleskopach wykorzystywanych w astronomii. Obiektyw i okular w najprostszym wykonaniu to zwykłe soczewki skupiające, gdzie obiektyw powinien się charakteryzować ogniskową dużo większa niż okular. Zasada działania lunety "Keplera" jest prosta i polega na tym że obiektyw który tworzy obraz obserwowanego przez nas obiektu jest odzwierciedlany w ognisku głównym i jest tym większy im dłuższa jest ogniskowa danego obiektywu. Okular w tym przypadku służy nam do obserwacji otrzymanego obrazu i powiększania otrzymanego przez obiektyw obrazu. W efekcie obraz jaki otrzymujemy w tego typu lunecie jest odwrócony co w praktyce astronoma nam nie przeszkadza. W lunetach widokowych są stosowane specjalne układy odwracające obraz lub układy pryzmatów jak w lornetkach, jednak w astronomii nie stosuje się z reguły układów odwracających ze względu na dodatkowe straty światła jakie by powstawały w dodatkowej optyce.


TELESKOP


Reflektor wykorzystuje zjawisko tzw. refleksji i tworzy obraz na zasadzie odbicia promieni światła od wklęsłego zwierciadła. Światło od obserwowanego obiektu pada na zwierciadło, które po odbiciu tworzy w ognisku głównym jego obraz który za pomocą okularu możemy obserwować. Zasada działania teleskopu zwierciadlanego jest bardzo podobna jak refraktora różni się tylko sposobem otrzymywania obrazu, jednak wszystkie wzory, które nam określają parametry teleskopu są w obu przypadkach identyczne. W przeciwieństwie do lunety w reflektorze otrzymany obraz jest tworzony na drodze promieni światła padających na główne zwierciadło co w praktyce uniemożliwiało by nam prowadzenie obserwacji, dlatego też stosuje się pewne rozwiązania które nam dzielą teleskopy na kilka rodzajów :
kość obrazów w teleskopach tego typu jest bardzo dobra ze względu na rodzaj zwierciadła (które w przeciwieństwie do parabolicznego można o wiele dokładnej wykonać. Zasad działania Maksutowa jest identyczna jak w Cassegrainie. Charakterystyczną cechą teleskopów tego typu jest sposób mocowania zwierciadła wtórnego które jest mocowane na menisku, bądź bezpośrednio napylane na nim. W obiektywach fotograficznych wykorzystujących ten układ optyczny stosuje się też dodatkowe układy korygujące "sferyczność" w pobliżu ogniska głównego.


OBIEKTYWY


Obiektywy stosowane w przyrządach astronomicznych muszą być bardzo dobrej jakości i pozbawione wszelkiego rodzaju wad czy abberacji. Pojedyncza soczewka stosowana jako obiektyw wykazuje dwie podstawowe tzw. aberracje : mianowicie chodzi tu o aberracje chromatyczną i sferyczną. Pierwsza charakteryzuje się tym że białe światło po przejściu prze szkło które działa w tym przypadku jak pryzmat powoduje jego rozczepienie na podstawowe widma które załamują się pod różnymi kątami co w efekcie powoduje że skupiają się w różnych odległościach od obiektywu, co w efekcie powoduje że obraz zostaję zabarwiony na ładne tęczowe kolory, dla nas niestety w niczym nie przydatne. Aberracja sferyczna z kolei powoduje że idealna sferyczna soczewka nie załamuje identyczne wszystkich promieni na całej swojej powierzchni co w efekcie prowadzi do rozmazywania obserwowanego obrazu. Obydwie abberacje zanikają wraz ze zmniejszeniem średnicy obiektywu i wydłużaniem jego ogniskowej a co za tym idzie spadku jego światłosiły. Dlatego w prostych amatorskich teleskopach są stosowane odpowiednie przysłony zapewniające nam jako taki obraz. W bardziej profesjonalnych sprzętach stosuje się tak zwane "achromaty" czyli obiektywy składające się z dwóch lub nawet trzech soczewek wykonanych z różnego rodzaju szkła (flint, kron) o różnym współczynniku załamania światła i oczywiście odpowiednio dobranych powierzchniach Soczewki te są klejone ze sobą specjalnym balsamem i rozpatrujemy je przynajmniej pod względem konstrukcyjnym jako całość rys.5a. Inną odmianą obiektywów achromatycznych są tzw. tryplety gdzie poszczególne soczewki już nie są klejone ze sobą lecz są mocowane do wspólnej obudowy i dystansowane za pomocą odpowiednich separatorów.rys.5b. Jak pierwszy typ obiektywów jest stosowany praktycznie we wszystkich" porządnych" instrumentach tak drugi typ często jest stosowany w obiektywach fotograficznych i w wysokiej jakości astrografach. Obiektywy stosowane w astronomii i nie tylko często są pokrywane odpowiednią warstwą antyrefleksyjną
zapewniającą nam jak najmniejsze straty światła.
Każdy obiektyw charakteryzuje się przynajmniej dwoma nas interesującymi parametrami. Chodzi tu oczywiście o średnicę czynną i ogniskową obiektywu. Podobnie jak obiektywy fotograficzne tak i te stosowane w astronomii i cechuje światłosiła. Średnicę soczewki oczywiście bardzo łatwo można obliczyć używając zwykłej linijki lub suwmiarki jednak od obliczonej wartości dobrze jest odjąć 2-3 mm ze względu na zniekształcenia "wynikające" na obrzeżach soczewki (pomiar dla "gołej soczewki"). Fabryczne obiektywy w (obudowach) mają już tą poprawkę uwzględnioną. Pomiar ogniskowej obiektywu jest bardzo prosty i polega na ustaleniu odległości soczewki od obrazu jaki daje ona rzutując go np. na biały ekran. Pomiary takie najlepiej jest przeprowadzać w nocy (kontrast) wybierając jako obiekt pomiarowy jakiś odległy ale wyraźny "przedmiot" np. lampę czy dobrze oświetlone okno. Pomiary należy przeprowadzać starannie i jako punkt "zaczepienia" na obiektywie w przybliżeniu obrać środek jego grubości, a odległość od ostrego obrazu na ekranie jaki daje nam obiektyw ustala nam jego ogniskową. Pamiętajmy że odległość obiektyw a obiekt pomiarowy to min 20 m.rys.6. Oczywiście należy się liczyć z niewielką niedokładnością wynikającą z pomiarów na "oko" lecz w naszym przypadku wynik jaki otrzymujemy jest zadawalający. Znając parametry naszego obiektywu możemy przystąpić do pierwszych założeń konstrukcyjnych powstającego teleskopu.
Obiektywy stosowane w astronomii można podzielić na krótko i długoogniskowe. Te krótkoogniskowe "lornetkowe" nadają się doskonale przy konstruowaniu szukaczy czy innych lunetek pomocniczych. Jeśli jednak nasz obiektyw charakteryzuje się dużą średnicą np. 60 mm przy ogniskowej do 300 mm możemy go wykorzystać do np. małej lunety takiej w sam raz do obserwacji słabszych obiektów. Obiektywy długoogniskowe gdzie ich światłosiła waha się w granicach 1:15 czy 1:20 a nawet więcej doskonale się nadają do wykorzystania w refraktorach dających silne powiększenie i doskonale nadających się do obserwacji np. planet, czy szczegółów na powierzchni księżyca.


OKULARY


Szkła okularowe (korekcyjne) nie spełniają swojej roli w charakterze obiektywu w lunetach astronomicznych ze względu na wady jakie powstają w pojedynczej soczewce. Jednak w fazie eksperymentów można wykonać lunetę opartą na takiej optyce jednak musimy sobie zdać sprawę z tego ze jakość obrazów będzie zależała od długości ogniskowej jak i od średnicy przysłony. Z doświadczenia wiem że stosując obiektyw o średnicy np. 60 mm i ogniskowej 1-1,25 m zarazem stosując przysłonę o średnicy 25 -30 mm jesteśmy w stanie uzyskać przyzwoity obraz gdzie powiększenie maksymalne takiej lunety będzie wynosiło około 50x. Zaznaczam że to eksperymentalny projekt i nie należy się nastawiać na sukcesy. Obiektyw achromatyczny o podobnych parametrach oczywiście da o wiele lepsze rezultaty tylko pytanie skąd go zdobyć? Można próbować adoptować obiektywy achromatyczne z różnego rodzaju lunet widokowych np.20x50 produkcji byłej ZSRR. Obiektywy te charakteryzują się ogniskową w zakresie 300 - 400 mm i średnicą 50 mm . Łatwość demontażu obiektywu pozwala na to że nie zostanie on trwale uszkodzony i zawsze można go z powodzeniem zamontować z powrotem w oryginalnej lunecie (przerabianie już istniejącej lunety ze względu na dodatkowy układ odwracający może być kłopotliwe). Samodzielne szlifowanie i klejenie szkieł jest niezwykle trudne i pracochłonne więc nie polecam, jednak w Polsce istnieją już zakłady które świadczą takie usługi jednak jest to opcja nie najtańsza. Można też próbować zamówić gotowe obiektywy w firmach Astrokrak lub Universał po przez miejscowych dealerów choć obecnie nie wiem z jakim rezultatem. Ostatnio w Astrokraku można było nabyć obiektyw achromatyczny o bardzo dobrych jakościowo parametrach (550/50) jednak nie znam obecnej ceny. Jeszcze jednym sposobem nabycia odpowiedniego obiektywu jest po prostu przeglądanie ogłoszeń w czasopismach typu "Vademecum miłośnika astronomii" czy "Urania - postępy astronomii"
Zadaniem okularu w teleskopie jest umożliwienie nam obserwacji obrazu tworzonego przez obiektyw bądź zwierciadło. W praktyce nie stosuje się okularów jednosoczewkowych i nie tylko ze względu na różnego rodzaju aberracje lecz także na zjawisko krzywizny pola która się objawia "poduszkowym" obrazem (linie proste zdają się zbiegać i wyginać w łuki na krawędzi pola widzenia okularu). Dlatego też okulary z reguły składają się z dwóch a nawet większej ilości soczewek. Ze względu na układ optyczny okulary można podzielić na kilka rodzajów. Okulary typu Ramsdena i Hoygensa w zasadzie nie nadają się do obserwacji astronomicznych ze względu na małe pole widzenia i nie najlepszą korekcje pola widzenia (w mikroskopach owszem, tak). Bardzo dobrym okularem wydaje się być typ Kellnera który przy swojej stosunkowo niskiej cenie daje nam bardzo ładne obrazy o stosunkowo dużym polu widzenia. Stosowany w większości lornetek pryzmatycznych znajduje także zastosowanie w astronomii. Bardziej zaawansowanymi okularami są okulary symetryczne składające się z dwóch identycznych soczewek achromatycznych oddzielonych od siebie specjalnym separatorem. Innym rodzajem okularów są chociaż droższe to z pewnością dużo lepsze okulary Plosla czy Naglera szeroko stosowane w astronomii. Jeszcze innym rodzajem są okulary Erfle'a charakteryzujące się dużym polem widzenia. Bez względu jaki stosujemy obiektyw czy zwierciadło okulary jakie posiadamy powinny być najlepszej jakości. Okular podobnie jak obiektyw czy zwierciadło także posiada odpowiednie parametry i najważniejsze wydają się tu być oczywiście ogniskowa i pole widzenia danego okularu. Ze względu że w astronomii nie stosujemy pojedynczych soczewek jako okularów obliczanie ich ogniskowe może sprawiać kłopoty. Jednak stosując opisaną tu metodą (rys.8) możemy bardzo łatwo obliczyć interesujący nas parametr. Okular umieszczamy przed białym ekranem tak aby powstał na nim obraz np. okna lub innego obiektu. Ważne jest aby nasze wyniki były zgodne z prawdą musimy wykonać kilka pomiarów. Mianowicie: wartość H - w tym przypadku wysokość okna, h- wysokość okna na ekranie, d - odległość między oknem a ekranem. Pamiętajmy że wzór b) możemy stosować tylko i wyłącznie wtedy gdy odległość między ekranem a oknem jest 50 razy większa niż ogniskowa badanego układu okularu. Oczywiście każdy teleskop powinien być wyposażony w kilka okularów tak aby dawały różne powiększenia, dlatego też powinniśmy się postarać o kilka sztuk tej optyki o różnej ogniskowej w zależności od posiadanego przez nas obiektywu bądź zwierciadła. W doborze okularów istnieje jedna zasada : powinniśmy się postarać o najlepszy okular na jaki nas stać w przeciwnym wypadku każdy inny jaki posiadamy będzie dobry :-)
Do naszych celów doskonale nadają się w większości wypadków okulary lornetkowe (od lornetek polowych pryzmatycznych) lub podobnych urządzeń optycznych typu lunety widokowe czy teodolity. Okulary mikroskopowe zwłaszcza konstrukcji byłej ZSRR ze względu na konstrukcje optyczną i małe pole widzenia nie dają nam takiego komfortu pracy jak typowe okulary astronomiczne, lecz na początek dobre i to. Obiektywy fotograficzne po za małymi wyjątkami (niektóre obiektywy do Zenita), także nie nadają się do naszych celów. Optyka z takowych obiektywów także często jest nieodpowiednia ze względu na to że sprzęt ten pracuje w innych warunkach i rozbieranie ich celem pozyskania szkieł jest bez celowe. Bardzo dobry okular i stosunkowo tani możemy nabyć kupując monokular (inaczej połowę lornetki) w komisie czy na bazarze itp. Wystarczy tu zwykła 8x30 lub podobna i dodatkową jej zaleta jest możliwość (w zależności od typu) wykręcenia całej obsady okularu z korekcją dioptryjną. W dodatku otrzymujemy za jednym razem doskonały obiektyw do szukacza i komplet pryzmatów (np. do nasadki kątowej). Jeśli jednak posiadamy "większą gotówkę" czy inaczej stać nas na wydatek rzędu 150 - 200 zł możemy zostać posiadaczem typowo astronomicznego okularu typu Plosla lub innego zaawansowanego zamawiając go w którejś z
wymienionych firm.
Dodam jeszcze że konstruowanie optycznych układów okularowych z poszczególnych szkieł w warunkach amatorskich bez odpowiedniej wiedzy jest raczej problematyczne gdyż parametry odpowiednich soczewek powinny być "parowane" (średnice, odległości między poszczególnymi soczewkami a nie rzadko dobrana krzywizna soczewek itp.) i rzadko możemy spełnić taki warunek (chyba że posiadamy odpowiednie komplety okularowe). Jednak oczywiście można samemu próbować konstruować proste typy okularów (Ramsden, Huygens czy Dollan czy symetryczne)



Dlaczego nosimy okulary przeciwsłoneczne?

Głównym powodem , dla którego potrzebujemy okularów przeciwsłonecznych jest istnienie światła. Okulary przeciwsłoneczne powinny być zaprojektowane w taki sposób abyśmy mogli zniwelować bądź też wykorzystać specyficzne warunki świetlne. Soczewki w okularach przeciwsłonecznych mogą ułatwiać widzenie, eliminować zmęczenie wzroku oraz chronić oczy przed szkodliwym działaniem światła słonecznego. Wśród innych powszechnie znanych powodów dla których nosimy okulary przeciwsłoneczne są moda raz funkcjonalność nowoczesnych okularów przeciwsłonecznych.
Światło widzialne to część energii słonecznej której istnienie dostrzegamy gołym okiem. Składa się na nie spektrum barw. Okulary słoneczne powinny kształtować równowagę pomiędzy wiernością barw, ograniczeniem zamglenia, wzmocnieniem kontrastu oraz redukcją poziomu światła czerwonego i niebieskiego.
Światło niebieskie czyli światło o najkrótszej, z całego spektrum światła widzialnego, długości fali jest łatwo rozpraszane przez wilgoć i kurz. Zjawisko to może prowadzić do zamglenia obrazu. Aby wydatnie zmniejszyć to zjawisko dobre soczewki przeciwsłoneczne zatrzymują część światła niebieskiego.
Promieniowanie podczerwone, to energia cieplna. Nie udowodniono jednoznacznie szkodliwego wpływu tego promieniowania jednak długotrwała ekspozycja może wywoływać uczucie suchości i podrażnienia. Soczewki przeciwsłoneczne powinny więc redukować promieniowanie podczerwone.
Innym powodem dla którego powinniśmy nosić okulary przeciwsłoneczne również zjawisko olśnienia, które występuje w przypadku gdy do oka dociera zbyt duża ilość światła. Zdarza się ze do oka dociera 10-12 krotnie silniejsze światło niż jest potrzebne do prawidłowego widzenia. Tak wysoki poziom natężenia światła może powodować ból oczu. Okulary przeciwsłoneczne redukują zjawisko olśnienia, zmniejszając ilość światła do poziomu łatwiej tolerowanego przez wzrok.
Miliony ludzi na świecie nieświadomie narażają oczy na działanie promieni UV.
Praktycznie wszystkie okulary przeciwsłoneczne powinny chronić wzrok przed promieniowaniem poniżej 380nm długości fali
Tak więc widzimy że okulary przeciwsłoneczne to nie para barwionych płytek., lecz soczewki które muszą spełniać szereg rygorystycznych wymogów.