Свет в море - Юлен Очаковский

Светочувствительными элементами глаза рыбы также являются палочки и колбочки. Но природа и здесь резко дифференцировала органы зрения у различных видов рыб. У глубоководных обитателей моря колбочки отсутствуют. Они просто не нужны — незначительная доля дневного света, проникающая на эти глубины, воспринимается только палочками.

В то же время спектральная кривая чувствительности глаза у трески, хамсы, ставриды, кефали и некоторых других видов рыб, обитающих в верхних слоях моря, близка к кривой видности человеческого глаза.

У некоторых видов глубоководных рыб 1 мм2 поверхности сетчатки содержит до 20 млн. палочек.

Опыты показали, что рыбы могут воспринимать свет, интенсивность которого составляет всего 10-10 от естественной освещенности на поверхности моря. Не исключено, что глаза ряда рыб реагируют на свет еще меньшей интенсивности Зато свет большой интенсивности для подобных рыб может оказаться губительным. Это явление обычно называют фотофобией, т. е. — светобоязнью.

Интересная закономерность наблюдается и в изменении размеров глаза в зависимости от глубины. Она проявляется двояко: либо в увеличении размера глаза, либо в почти полном отсутствии органов зрения.

Обычно увеличение размеров глаза отмечается у рыб, обитающих на глубинах, где еще наблюдается хотя бы незначительная естественная освещенность. У сверхглубоководных рыб, как правило, глаза уменьшаются, а у многих видов и полностью отсутствуют.

Диаметр глаза некоторых глубоководных рыб составляет 40–50 % от длины головы. Зрачок имеет продолговатую форму, и его концы заходят за хрусталик. В результате увеличивается чувствительность глаза. Глаза ряда рыб обладают светящимся органом, постоянно раздражающим сетчатку, что повышает ее чувствительность. Телескопическая форма глаза многих рыб также увеличивает их чувствительность и расширяет поле зрения.

Вот что об этом пишет американский писатель Р. Кэррингтон: «У многих сверхглубоководных животных глаза маленькие или совсем атрофированы. В этой зоне единственный источник света — это естественно светящиеся вещества, поэтому функция глаза состоит в том, чтобы воспринимать сигналы, а не образ предмета. Так, у Cetomimus, длина которого составляет 10 см, глаза имеют 1 мм в диаметре, а соотношение между диаметром глаз угря Суета atrum и длиной его тела еще меньше. У некоторых сверхглубоководных рыб глаза совсем отсутствуют. В таких случаях зрительный нерв часто выступает на поверхности головы в том месте, где должен быть глаз, и получает световые импульсы непосредственно»[28].

Отсюда можно заключить следующее: многим глубоководным рыбам глаз нужен не столько для того, чтобы видеть, сколько для восприятия световых сигналов. Что же это за сигналы?

Более 50 % морских организмов обладают органами, продуцирующими свечение. Они весьма разнообразны: от кожных слизистых желез, содержащих фосфоресцирующее вещество, до устройств, напоминающих прожектор. Иногда такой «прожектор» расположен во рту рыбы. С его помощью она может привлекать добычу. В отдельных случаях светящиеся органы рыбы играют роль фар, причем рыба может по желанию включать и выключать их, а кроме того, менять направление пучка света, освещая пространство вокруг себя. Во мраке больших глубин светящиеся органы в сочетании с органами зрения помогают рыбам, плавающим стаями, отличать себе подобных.

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 Вф — яркость толщи моря (фона), а Вп — 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 (Вп = 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. Вп = Вф):

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.

Рассмотрим еще один пример. Допустим, предмет, который мы наблюдаем под водой, окрашен очень темной краской, имеющей коэффициент яркости 0,02, т. е. равен коэффициенту яркости моря. Следовательно, контраст в данном случае равен нулю и предмет нам не будет виден. А если этот предмет — подводная лодка, то выходит, что создание «лодки-невидимки» вполне реальная вещь? При всей привлекательности подобной идеи, ее осуществление возможно только в научно-фантастических романах. Не надо забывать о том, что кроме яркостного контраста существуют и цветовой. Другими словами, для того, чтобы создать «лодку-невидимку», надо ее не просто окрасить краской, коэффициент яркости которой будет равен коэффициенту яркости моря, но соблюсти еще одно условие. Спектральный состав этой краски должен абсолютно точно соответствовать спектральному составу света, идущего из глубин моря к его поверхности. Именно при этих условиях не только яркостный, но и цветовой контраст будет отсутствовать. Надо сказать, что сложность изготовления такой темной краски да еще требуемого спектрального состава превосходит современные технические возможности. Кроме того, как известно, кривые спектральных коэффициентов яркости у разных морей различны. Допустим все же, что когда-нибудь удастся изготовить краску, удовлетворяющую всем требованиям. Будет ли это означать, что окрашенные ею предметы станут полностью невидимыми в воде, т. е. будут абсолютно замаскированы? Отнюдь нет.