Spectrul de lumină și percepția acesteia

0
370
blank

Astronomul William Herschel a realizat pe data de 11 Februarie 1800 un experiment care a născut multe controverse dar care la rândul sau a dus la descoperirea unor forme de lumina care nu erau cunoscut la vremea aceea.  El a poziționat o prisma de sticla în așa fel încât lumina soarelui sa o străbată iar mai apoi a măsurat temperatura la locul de proiecție a fiecărei culori. Procesul la ora actuala poartă denumirea de dispersie a luminii sau mai exact descompunerea luminii albe în lumini de culori diferite. Interesant a fost faptul ca termometrul sau a aratat o creștere a temperaturii în momentul când acesta era mutat de la proiectile violete, albastru, verde, garben, portcoliu și pana la culoarea roșie.

Temperatura dincolo de porțiunea roșie a spectrului, o regiune în care nici o lumină nu era aparent proiectată de prisma, era cea mai ridicata. În urma acesti experiment, Herschel a concluzionat ca trebuie sa exista o forma invizibila dincolo de porțiunea roșie a spectrului de culori. El le-a numit pe acestea, radiații calorice. Deși afirmația legata de temperatura nu era tocmai corecta, descoperirea acestor forme de radiații calorice a fost un pas înainte deoarece a atestat faptul ca exista tipuri de lumina pe care nu le putem vedea.

Un an mai târziu, în 1801, un student al Universității din Jenna pasionat de chimie, pe nume Johann Ritter a realizat un experiment cu clorura de argint, substanța chimica ce devine neagra atunci când este expusa la lumina soarelui. El a reușit sa remarce ca acest produs chimic reacționa mult mai puternic atunci când era expus la lumina albastra decât la lumina roșie. La fel ca și Herschel, el s-a folosit de prisma pentru a descompune lumina iar apoi a plasat clorura de argint în fiecare zona de proiecție a luminii descompuse.

El a observat faptul ca aceasta și-a modificat aproape insesizabil culoarea la nivelul porțiunii de proiecție a culorii roșii dar cu cat se apropia mai mult de culoare violet cu atat solutia devenea mai neagra. Mai mult decat atata, cea mai intensa reactie parea sa aiba loc în porțiunea spectrului în care nu se proiecta nici o culoare. El a ales sa denumească toate razele care se aflau mai departe de culoarea violeta ca fiind raze chimice.

Astăzi, această parte a spectrului electromagnetic este cunoscută sub numele de lumină ultravioletă. Într-adevăr, acum știm că lumina vizibilă este pur și simplu un tip de undă electromagnetică, la fel ca și undele extrem de lungi pe care le folosim pentru a transmite curentul alternativ,  undele radio care stau la baza posibilității utilizării tehnologiei wireless și lungimile de undă extrem de scurte ale radiației gamma. Singura diferență dintre lumina vizibilă și restul spectrului este aceea că ea reprezintă acea porțiune de unde electromagnetice pe care ochiul nostru le poate percepe. (Fig. 1) Spectrul electromagnetic conține undele foarte lungi folosite pentru a transmite curentul alternativ precum și  undele foarte scurte ale razelor gamma produse de evenimente cosmice. Acea porțiune a spectrului perceputa de ochiul uman cuprinde lungimi de unda între 400 nm și 700 nm)

Fig. 1. Spectrul electromagnetic conține undele foarte lungi folosite pentru a transmite curentul alternativ precum și  undele foarte scurte ale razelor gamma produse de evenimente cosmice. Acea porțiune a spectrului perceputa de ochiul uman cuprinde lungimi de unda între 400 nm și 700 nm
Fig. 1. Spectrul electromagnetic conține undele foarte lungi folosite pentru a transmite curentul alternativ precum și  undele foarte scurte ale razelor gamma produse de evenimente cosmice. Acea porțiune a spectrului perceputa de ochiul uman cuprinde lungimi de unda între 400 nm și 700 nm.

Experimentul lui Johann Ritter conform caruia clorura de argint își schimba culoarea în funcție de zona de lumina cu care venea în contact este explicata prin faptul ca lungimile de unda electromagnetice care sunt mai scurte conțin o energie mai mare. Ochiul uman este capabil sa capteze aceasta energie iar mai apoi sa o traducă în impulsuri nervoase care sa ne permită sa le vizualizam. Aceste elemente din ochi care sunt capabile sa realizeze acest proces poartă denumirea de opsine și nu sunt altceva decat proteine sensibile la lumina.

Lumina la 700 nm conține putina energie pentru a activa opsinele, ca și urmare aceasta valoare stabilește limita superioara de vedere a undelor ( care corespunde cu partea rosie emanata de spectru de culori ). La polul opus, undele cu lungime sub 400 nu mai sunt percepute de ochiul uman datorită cristalinului. El reprezintă unul dintre cele 3 medii de refringenta a ochiului iar una dintre întrebuințările sale e aceea de a absorbi lumina ultravioleta sub 400 nm. Acest lucru se întâmpla în special datorită evoluției omului și procesului de adaptare.

Tocmai pentru ca acest cristalin decide sa nu absoarbă UV-urile sub 400 nm este motivul pentru care acel proces de aberație cromatica ce apare la unele lentile este evitata în cadrul speciei umane. Așadar putem afirma ca omul este orb la luminile cu lungime de unda sub 400 nm și peste 700 de nm.

Acest lucru însă nu îl putem afirma și în cadrul regnului animal.  Unele animale sunt capabile sa perceapă lungimi de unda de 12.000 de nm precum șerpii, gândacii, liliecii vampiri. Cu toate acestea nu putem afirma ca este vorba de o vedere adevarata, deoarece și organele vizuale ale acestor specii utilizează opsinele pentru proiectarea impulsurilor nervoase, iar toate undele peste 700 de nm sunt captate de organe separate care nu apartin sistemului vizual.

Acestea sunt de fapt niște formațiuni care sesizează modificările de temperatura. A diametrul opus se afla crevetele mantis cunoscut și sub numele de „crevetele călugărița”. Acesta este sensibil la lungimi de unda sub 200 de nm datorită faptului că e nevoit sa vâneze sub apa. Fluturii sunt și ei capabili sa sesizeze lungimi de unde scurte deoarece reprezintă singura posibilitatea prin care pot localiza florile și prin care pot identifica membrii de sex opus. Acest lucru se datorează unor marcaje care sunt vizibile doar în razele ultraviolete.

Opsinele nu trebuie văzute ca fiind elemente singulare. Ele de fapt reprezintă grupuri de proteine, fiecare sensibil la lumina situata intr-un anumit interval de lungimi de unda. Plecând de la aceasta cunoștința, descoperim faptul ca ochiul uman prezinta patru tipuri de receptori, fiecare specific unui grup de proteine.  Prima este rodopsina, produsa de către celulele cu bastonaș și ea este cea care ne permite sa vedem când avem de a face cu lumini de intensitatea mica, în situații de întuneric.

Celelalte trei poartă denumirea de fotopsine și sunt toate produse de celulele cu con. Fotopsinele sunt responsabile de vederea colorata și sunt reprezentate de următoarele subgrupuri:

  • Opsine sensibile la lungimea de undă lungă, aproximativ 560 nm (L), corespund zonei roșii;
  • Opsine sensibile la lungimea de undă medie, aproximativ 530 nm ( M), corespund zonei verzi;
  • Opsine sensibile la lungimea de undă scurtă, aproximativ 420 nm (S), corespund zonei albastre.

Potrivit figurii 1.2., o lumina de orice culoare va excita toate cele 3 celule cu con dar în proporții variate. De exemplu daca avem de a face cu o lumina de culoare verde aceasta va stimula preponderent celulele cu con M, într-o cantitate mai mica celulele cu con L și cel mai puțin celulele cu con S. Ca urmare a acestor multiple stimulări, organismul nostru aduna toate informațiile, le combine astfel încât sa ne ofere posibilitatea de a vedea culoare verde. Acest proces e subiectiv la urma urmei și depinde de gradul de excitare a celulelor. Deși animalele sunt adaptate și ele pentru vederea cromatica, deci au fotopsine, valoarea acestora nu este constanta.

De exemplu, albinele au, de asemenea, trei tipuri de receptori luminoși sensibili la trei spectre diferite, deci putem vorbi de o vedere tricromatic. Cu toate acestea, după cum e reprezentat în  figura 2c, intervalul lor vizual este mai mult îndreptat spre ultraviolete prin intermediul opsinelor sensibile la lungimea de undă lungă dar care au afinitate mai mare pentru valori de 540 nm, opsine sensibile la lungimea de undă medie cu afinitate pentru pentru valori de 439 nm precum și opsine sensibile la ultraviolete care pot sesiza și lungimi de unda sub 300 de nm. Patru receptori de culoare se găsesc în ochii multor păsări, pești, amfibieni, reptile și insecte.

De fapt, majoritatea speciilor de păsări, cu excepția păsărilor care zboară noaptea, cum ar fi bufnițele, pot vedea lumina ultravioletă printr-un opsin cu sensibilitate maximă în jurul valorii de 370 nm). Cu toate acestea păsările de pradă de mare viteză, au receptoare sensibile la ultraviolete, dar lentilele cristaline din ochii lor limitează răspunsul ultraviolet în favoarea unei mai bune focalizări.

La ora actuala pana și senzorii din cele mai ieftine camere foto digitale sunt sensibile la lungimi de unde care depășesc limitele vederii noastre. De exemplu, un senzor tipic pentru camera DSLR răspunde la lumină între 360 ​​nm și 1100 nm, așa cum se poate observa în figura 3a. Filtrele colorate care se utilizeaza pentru separarea culorilor rosu, albastru și verde, au pierderi de radiații infraroșii atât de mari încât producătorii de camere fotografice sunt nevoiți sa adauge filtre suplimentare care sa reducă acest lucru. Tot acest filtru este cel responsabil de evitarea ușoarei albăstriri a imaginilor în aer liber.

LĂSAȚI UN MESAJ

Vă rugăm să introduceți comentariul dvs.!
Introduceți aici numele dvs.