望远镜科普系列之一:浅谈人眼

2015年04月25日 19:39:23
眼睛是人类感观中最重要的器官,大脑中大约有80%的知识和记忆都是通过眼睛获取的。目前国际主流的关于超级记忆力的研究—-超右脑记忆,其核心就是把所需记忆的内容图像化,而人眼视觉成像是让人对物体产生图像化的最主要手段。

人眼上有两种感光细胞:视杆细胞和视锥细胞。人类每个眼球约有1.2亿个视杆细胞,视杆细胞只接受黑白图像,并且对光线极度敏感(可以感受百万兆分之一瓦特的模糊光线),因而能感受弱光,不能分辨物体的细节和颜色;另一种叫做视锥细胞,每个眼球约有600万—700万个视锥细胞,大多聚集在视网膜中心的凹处,在人眼集中视物的时候,图像就会落在视网膜中心凹,这样虽然光敏感性差,但是视敏度高,可以感2015觉到更多丰富的色彩。

人眼是如何获取图像的呢?
日常生活中,我们通过眼睛看到的蓝天白云、鲜花草丛、汽车人群等,都是在光线充足的白天更得更加清楚,而且我们会觉得白天看到的更容易被接受和理解。后来,人们根据这些日常现象,进行一系列的研究和探索,最终确定物体发出光线的强弱是影响视觉效果的关键因素。
人们把自然界的物体根据其自身能否发光,划分为发光体与不发光体两大类。把本身能发射光的物体叫做发光体或光源;物体本身不能发光,称为不发光体。长期的实践证明,发光体的颜色决定于它们发射出来的光谱,人眼要达到对物体产生视觉效果的前提是接收到来自物体发出的光,而实际上现实中许多物体其本身是不发光的,但是现实中能让我们感觉到看不见的物体很少见,其根本原因是我们可以让发光体发出的光去照射不发光体,以此间接的让不发光体发光,从而达到被人眼观察的目的。

例如,中国有句成语叫“伸手不见五指”,其说的就是在特别漆黑的夜里,人们伸出手来,自己看不见自己的手指。用视觉成像的原理来解释就是手指是不发光体(其实手指因为有温度而能发出红外线,但是人眼看不到红外线,所以也可认为手指是不发光体),而手指的周围也没有自发光的物体,所以人眼看不见手指。如果此时我们用一只能够自发光的手电筒照射手掌,那么我们肯定能看见手指,因为手指在手电筒的照射下间接的发光了。在不是特别黑暗的环境下,人眼只能看清楚物体的大概轮廓,是看不清物体的颜色的,主要原因是此时物体发出的光特别弱,人眼球里起作用的是视杆细胞,只能辨别明暗和大体轮廓,不能分辨物体的细节和颜色。当有充足的外来光线照射在其表面时,它的颜色和细节才能被人眼感知,这时起主要作用的是视锥细胞。

物体发出的光束通过眼睛的瞳孔进入眼球。瞳孔是眼球接收光信号的看门大将,瞳孔的大小可以通过神经系统来进行调节。当物体发出的光信号太强,强烈刺激眼球的感光细胞,引起了感光细胞的不适时,神经系统会把瞳孔调小,减少光信号的输入,这就是为什么我们有时候看午间的太阳,眼睛要眯得很细才能观看。相反,如果物体发出的光信号太弱,不能让感光细胞正常感应而工作,此时神经系统会把瞳孔调大,增加光信号的输入,这就是为什么我们在漆黑的晚上想看清楚一个东西总是需要把眼睛睁得很大。

注:瞳孔是眼球中间的那一个黑色或者其他颜色的小圈,因为在睁大眼睛和眯眼睛的时候是同时调节瞳孔和眼球外部的裸露部分,所以我们可以认为睁大眼睛和眯眼睛直接对应瞳孔的大小调节。
物体发出的光通过瞳孔进入眼球,在眼球里面晶状体的调节下(如果晶状体对入射进来的光线不能正常调节,就引起了远视眼、近视眼等,后续我们会有专门的篇幅进行介绍),成像在视网膜上,再由视网膜上的感光细胞进行感应,变成相应的信号,经过视觉神经进入大脑,形成视觉图像。
趣味扩展:

1.人眼对物体成的像都是倒立的,但是大脑的神经可以调节,使得视网膜上的倒立像被调节成正像。很多小孩子刚开始看书的时候总是把书拿倒…….当然,一段时间以后,其大脑神经在适应环境的以后,也会适应把倒像调节成正像的处理工作。

2.西伯利亚哈士奇进化形成彩色杏仁状眼球,它们拥有两种不同颜色的眼球,能够在光线昏暗的荒芜北部地区拥有较好的视力,需要注意的是,他们可不是往“白眼狼”进化哦。

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