Свет в море

Всем сказанным еще не исчерпывается разнообразие строения глаза у различных видов рыб. Есть рыбы (плавающие у поверхности), глаз которых устроен так, что они могут видеть одновременно в воде и в воздухе. У таких рыб глаз разделен горизонтальной перегородкой на две половины. Верхняя (воздушная) часть хрусталика более плоской формы, приближающейся к форме хрусталика человеческого глаза.

У одного из видов тропических рыб — «морских собачек» — глаз разделен вертикальной перегородкой. Они обозревают окрестности, выставив переднюю часть головы из воды.

А может ли видеть, что происходит в воздухе, рыба, не обладающая столь универсальными глазами, Как некоторые ее сородичи? Из-за явления полного внутреннего отражения света водной поверхностью эта рыба видит только те предметы, которые находятся к вертикали глаза под углом, не превышающим 48°. Одновременно с этим глаз рыбы способен воспринимать и изображение предметов, находящихся в воде и отразившихся от водной поверхности. В том, как это происходит, наглядно убеждает рис. 53.

Рис. 53. Что видит рыба из-под воды

Видеть происходящее в толще моря может не только глаз рыбы или защищенный стеклом иллюминатора глаз человека. Современная техника позволяет наблюдать жизнь глубин и при помощи «искусственного глаза» — передающей камеры подводного телевизора, но об этом немного позже. А сейчас остановимся на том, что значит видеть предмет, погруженный в море.

Мог ли капитан Немо видеть в море на полмили?

В фильме «Человек-невидимка» самостоятельно перемещаются различные предметы. Как же удалось кинематографистам добиться нужного зрительного эффекта при экранизации известного научно-фантастического романа Г. Уэллса? Актер был одет в черный бархатный комбинезон, облегавший его тело, включая лицо и руки, а съемка велась на фоне стены, задрапированной также черным бархатом. Черная поверхность бархата отражает очень мало света, т. е. яркость ее очень мала. Кроме того, заметить один кусок бархата на фоне другого при равенстве их яркости зрители не в состоянии. Основная причина — отсутствие яркостного контраста между рассматриваемым объектом и фоном. Оказывается, наш глаз распознает предметы только в том случае, если их яркость и яркость фона, на который они проектируются, не совпадают. Могут ли, однако, быть условия, когда предметы все же различимы при равенстве их яркости с яркостью фона? Это бывает в том случае, если рассматриваемый объект и фон разного цвета, т. е. между ними существует цветовой контраст.

В условиях сравнительно небольших освещенностей в море (когда главным образом функционируют не колбочки, способные различать цвет, а палочки) для видения гораздо большее значение имеет яркостный, а не цветовой контраст.

Величину яркостного контраста можно выразить численно простой формулой:

где В_ф — яркость толщи моря (фона), а В_п — яркость рассматриваемого на этом фоне предмета.

Если яркость предмета больше яркости фона, то формула имеет следующий вид:

Эти формулы показывают, что глаз способен оценить лишь разность яркостей предмета и фона, но не в состоянии определить, во сколько раз предмет ярче фона или наоборот.

Обычно контраст оценивают в процентах. Если кусочек черного бархата, яркость которого практически равна нулю (В_п = 0). положить на лист хорошо освещенной бумаги, то

т. е. кусок бархата будет отчетливо виден. Возвращаясь к примеру с фильмом «Человек-невидимка», мы также можем количественно определить контраст (яркости комбинезона и драпировки были равны, т. е. В_п = В_ф):

Практически для того, чтобы предмета не было видно на каком-либо фоне, не обязательно контраст должен равняться 0. Глаз человека перестает различать предмет, если величина контраста не превышает 2 %, так называемый порог контрастной чувствительности глаза. Величина эта не постоянная: у разных людей она различна, зависит от условий наблюдения и может меняться от степени утомления глаза и даже от настроения человека. Иногда значение порога контрастной чувствительности достигает и 5 %.

С какими же величинами контраста мы имеем дело в море? Известно, что величина коэффициента яркости моря близка к 0,02. Погрузим в море объект, выкрашенный белой краской самого высокого качества. Белая поверхность отражает большинство упавших на нее лучей, т. е. имеет коэффициент яркости, близкий к единице (допустим 0,90). Тогда

Здесь контраст определялся не по абсолютным значениям яркости, а по ее коэффициентам. Полученная величина характеризует практически предельный контраст, который может наблюдаться в море, так как все предметы, окрашенные не в белый цвет, имеют коэффициент яркости меньший, чем у белой поверхности.