), заключающееся в том, что бо́льший размер Луны у горизонта объясняется увеличением , создаваемым атмосферой Земли . На самом деле астрономическая рефракция у горизонта, наоборот, немного уменьшает наблюдаемый размер Луны по вертикали и не влияет на размер по горизонтали. В результате лунный диск около горизонта виден приплюснутым.
Есть и ещё один фактор, из-за которого угловой размер Луны около горизонта слегка меньше , чем когда она в зените. С перемещением Луны от зенита к горизонту расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, и её видимый размер уменьшается на 1,7 %.
Кроме того, угловой размер Луны слегка меняется в зависимости от её положения на орбите. Поскольку её орбита заметно вытянута, в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты) угловой размер Луны составляет 33,5 угловых минут , а в апогее - на 12 % меньше (29,43 угловых минут) . Эти незначительные изменения не связаны с кажущимся многократным увеличением Луны у горизонта: оно представляет собой ошибку восприятия. Измерения с помощью теодолита и фотографии Луны на различной высоте над горизонтом показывают неизменность размера, около половины градуса, а проекция лунного диска на сетчатку невооружённого глаза наблюдателя всегда имеет размер около 0,15 мм.
Самый простой способ продемонстрировать иллюзорность эффекта - это подержать небольшой объект (например, монетку) на вытянутой руке, прикрыв при этом один глаз. Сравнивая размер объекта с большой Луной у горизонта и с маленькой Луной высоко в небе, можно увидеть, что относительный размер не изменяется. Можно также сделать из листа бумаги трубу и смотреть через неё только на Луну, без окружающих объектов - иллюзия исчезнет.
Возможные объяснения иллюзии
Размер видимого нами объекта может быть определён либо через его угловой размер (угол, который образуют входящие в глаз лучи от краёв объекта) либо через его физический размер (реальный размер, например в метрах). Эти два понятия различаются с точки зрения человеческого восприятия. Например, угловые размеры двух одинаковых объектов, помещённых на расстоянии 5 и 10 метров от наблюдателя, различаются почти в два раза, однако, нам, как правило, не кажется, что ближний объект в два раза больше. И наоборот, если более удалённый объект имеет тот же угловой размер, что и более близкий, мы будем его воспринимать как в два раза больший (закон Эммерта).
На данный момент не достигнуто согласия по вопросу, из-за чего Луна кажется больше у горизонта - из-за бо́льшего воспринимаемого углового размера или из-за бо́льшего воспринимаемого физического размера, то есть кажется ли она находящейся ближе или увеличившейся в размере.
Вообще, полного объяснения этой особенности человеческого восприятия до сих пор не существует. В 2002 году Хелен Росс и Корнелис Плаг выпустили книгу «Загадка лунной иллюзии» , в которой, рассмотрев различные теории, сделали вывод: «Ни одна теория не победила». К тому же решению пришли авторы сборника «Лунная иллюзия», выпущенного в 1989 году под редакцией М. Хершенсона .
Существует много различных теорий, объясняющих иллюзию Луны. Ниже перечислены лишь основные из них.
Теория о роли конвергенции глаз
В 1940-х годах Боринг (Boring, 1943; Holway & Boring, 1940; Taylor & Boring, 1942) и в 1990-х Судзуки (Suzuki, 1991,1998) предложили объяснение иллюзии Луны, согласно которому, кажущаяся величина Луны зависит от степени конвергенции глаз наблюдателя. То есть иллюзия Луны - это результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд наверх (чтобы посмотреть на Луну в зените), а глаза сами по себе стремятся дивергировать . Из-за того, что конвергенция глаз является одним из признаков близости объекта, наблюдателю кажется, что объект высоко в небе меньше по размеру.
В одном из экспериментов Холуэй и Боринг (Holway & Boring, 1940) просили испытуемых сравнить воспринимаемую ими величину Луны с одним из световых дисков, спроецированных на расположенный рядом с ними экран. В первой серии эксперимента испытуемые сидели на стуле. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта (на уровне глаз наблюдателя), они выбирали диск, который значительно превосходил по величине тот, который они выбирали, когда наблюдали за Луной, находящейся в зените (подняв глаза под углом 30°). Во второй серии испытуемые наблюдали за Луной лёжа на столе. Когда они лежали на спине и смотрели на Луну в зените или когда они были вынуждены закидывать голову назад и поднимать глаза вверх, чтобы из положения на спине увидеть Луну на горизонте, результаты были противоположными. Луна близ горизонта казалась им меньше по величине, чем Луна в зените.
Противники данной гипотезы утверждают, что иллюзия увеличенной Луны быстро затухает при увеличении высоты светила над горизонтом, когда необходимость запрокидывать голову и поднимать глаза вверх ещё не возникает.
Теория кажущейся удалённости
Теория кажущейся удалённости впервые была описана у Клеомеда примерно в 200 г. н. э. Теория предполагает, что Луна у горизонта выглядит больше Луны в небе из-за того, что она кажется дальше. Мозг человека видит небо не как полусферу, чем оно на самом деле является, а как сплюснутый купол. Наблюдая за облаками, птицами и самолётами, человек видит, что они уменьшаются при приближении к горизонту. В отличие от земных объектов, Луна, находясь вблизи горизонта, имеет примерно такой же видимый угловой диаметр, как и в зените , но человеческий мозг пытается компенсировать перспективные искажения и предполагает, что диск Луны должен быть физически больше.
Эксперименты, проведённые в 1962 году Кауфманом и Роком (Kaufman & Rock) , показали, что существенным фактором при создании иллюзии являются наглядные ориентиры (см. иллюзия Понцо). Луна у горизонта оказывается в конце последовательности объектов ландшафта , деревьев и зданий, что говорит мозгу о её большой удалённости. При удалении ориентиров из поля зрения, выглядящая крупной Луна становится меньше.
Противники данной теории указывают на наличие иллюзии даже при наблюдении светила через темный светофильтр, когда окружающие его объекты неразличимы.
Теория относительного размера
По теории относительного размера воспринимаемый размер зависит не только от размера на сетчатке, но и от размеров остальных объектов в поле зрения , которые мы наблюдаем одновременно. При наблюдении Луны близко к горизонту мы видим не только Луну, но и другие объекты, на фоне которых спутник Земли кажется больше, чем есть на самом деле. Когда же Луна находится в небе, бескрайние просторы неба заставляют её выглядеть меньше.
Данный эффект был продемонстрирован психологом Германом Эббингаузом . Круг, окружённый маленькими кругами, представляет собой Луну у горизонта и окружающие её маленькие объекты (деревья, столбы и т. п.), а круг, окружённый более крупными объектами, представляет собой Луну в небе. При том, что оба центральных круга имеют одинаковый размер, многим людям кажется, что правый круг на картинке больше. Этот эффект может проверить каждый, вынеся из комнаты во двор какой-нибудь крупный предмет (например, стол). На открытом пространстве он будет выглядеть явно меньше, чем в помещении.
Противники данной теории указывают на то, что пилоты самолётов тоже наблюдают данную иллюзию, хотя в их поле зрения наземных объектов нет.
Количественное сопоставление различных теорий по данным экспериментов
Специально поставленные эксперименты позволили количественно сравнить влияние различных факторов, предлагавшихся для объяснения иллюзии. В частности, подъем головы наблюдателя (теория о роли конвергенции глаз) влияет на изменение размера, но очень слабо (кажущееся изменение размера - 1,04 раза), изменение цвета или яркости лунного диска практически не влияет на видимый размер, а наличие линии горизонта или её оптической модели (теории кажущейся удалённости и относительного размера) приводит к кажущемуся изменению размеров диска в 1,3 - 1,6 раз, причем точная величина изменения зависит от особенностей ландшафта.
Напишите отзыв о статье "Иллюзия Луны"
Примечания
Ссылки
- (англ.)
- Astronomy Picture of the Day. (англ.) (26 сентября 2007). Проверено 16 февраля 2014.
- (англ.)
- (англ.)
|
||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Иллюзия Луны
– Все мысли! об тебе… мысли, – потом выговорил он гораздо лучше и понятнее, чем прежде, теперь, когда он был уверен, что его понимают. Княжна Марья прижалась головой к его руке, стараясь скрыть свои рыдания и слезы.Он рукой двигал по ее волосам.
– Я тебя звал всю ночь… – выговорил он.
– Ежели бы я знала… – сквозь слезы сказала она. – Я боялась войти.
Он пожал ее руку.
– Не спала ты?
– Нет, я не спала, – сказала княжна Марья, отрицательно покачав головой. Невольно подчиняясь отцу, она теперь так же, как он говорил, старалась говорить больше знаками и как будто тоже с трудом ворочая язык.
– Душенька… – или – дружок… – Княжна Марья не могла разобрать; но, наверное, по выражению его взгляда, сказано было нежное, ласкающее слово, которого он никогда не говорил. – Зачем не пришла?
«А я желала, желала его смерти! – думала княжна Марья. Он помолчал.
– Спасибо тебе… дочь, дружок… за все, за все… прости… спасибо… прости… спасибо!.. – И слезы текли из его глаз. – Позовите Андрюшу, – вдруг сказал он, и что то детски робкое и недоверчивое выразилось в его лице при этом спросе. Он как будто сам знал, что спрос его не имеет смысла. Так, по крайней мере, показалось княжне Марье.
– Я от него получила письмо, – отвечала княжна Марья.
Он с удивлением и робостью смотрел на нее.
– Где же он?
– Он в армии, mon pere, в Смоленске.
Он долго молчал, закрыв глаза; потом утвердительно, как бы в ответ на свои сомнения и в подтверждение того, что он теперь все понял и вспомнил, кивнул головой и открыл глаза.
– Да, – сказал он явственно и тихо. – Погибла Россия! Погубили! – И он опять зарыдал, и слезы потекли у него из глаз. Княжна Марья не могла более удерживаться и плакала тоже, глядя на его лицо.
Он опять закрыл глаза. Рыдания его прекратились. Он сделал знак рукой к глазам; и Тихон, поняв его, отер ему слезы.
Потом он открыл глаза и сказал что то, чего долго никто не мог понять и, наконец, понял и передал один Тихон. Княжна Марья отыскивала смысл его слов в том настроении, в котором он говорил за минуту перед этим. То она думала, что он говорит о России, то о князе Андрее, то о ней, о внуке, то о своей смерти. И от этого она не могла угадать его слов.
– Надень твое белое платье, я люблю его, – говорил он.
Поняв эти слова, княжна Марья зарыдала еще громче, и доктор, взяв ее под руку, вывел ее из комнаты на террасу, уговаривая ее успокоиться и заняться приготовлениями к отъезду. После того как княжна Марья вышла от князя, он опять заговорил о сыне, о войне, о государе, задергал сердито бровями, стал возвышать хриплый голос, и с ним сделался второй и последний удар.
Княжна Марья остановилась на террасе. День разгулялся, было солнечно и жарко. Она не могла ничего понимать, ни о чем думать и ничего чувствовать, кроме своей страстной любви к отцу, любви, которой, ей казалось, она не знала до этой минуты. Она выбежала в сад и, рыдая, побежала вниз к пруду по молодым, засаженным князем Андреем, липовым дорожкам.
– Да… я… я… я. Я желала его смерти. Да, я желала, чтобы скорее кончилось… Я хотела успокоиться… А что ж будет со мной? На что мне спокойствие, когда его не будет, – бормотала вслух княжна Марья, быстрыми шагами ходя по саду и руками давя грудь, из которой судорожно вырывались рыдания. Обойдя по саду круг, который привел ее опять к дому, она увидала идущих к ней навстречу m lle Bourienne (которая оставалась в Богучарове и не хотела оттуда уехать) и незнакомого мужчину. Это был предводитель уезда, сам приехавший к княжне с тем, чтобы представить ей всю необходимость скорого отъезда. Княжна Марья слушала и не понимала его; она ввела его в дом, предложила ему завтракать и села с ним. Потом, извинившись перед предводителем, она подошла к двери старого князя. Доктор с встревоженным лицом вышел к ней и сказал, что нельзя.
– Идите, княжна, идите, идите!
Княжна Марья пошла опять в сад и под горой у пруда, в том месте, где никто не мог видеть, села на траву. Она не знала, как долго она пробыла там. Чьи то бегущие женские шаги по дорожке заставили ее очнуться. Она поднялась и увидала, что Дуняша, ее горничная, очевидно, бежавшая за нею, вдруг, как бы испугавшись вида своей барышни, остановилась.
– Пожалуйте, княжна… князь… – сказала Дуняша сорвавшимся голосом.
– Сейчас, иду, иду, – поспешно заговорила княжна, не давая времени Дуняше договорить ей то, что она имела сказать, и, стараясь не видеть Дуняши, побежала к дому.
– Княжна, воля божья совершается, вы должны быть на все готовы, – сказал предводитель, встречая ее у входной двери.
– Оставьте меня. Это неправда! – злобно крикнула она на него. Доктор хотел остановить ее. Она оттолкнула его и подбежала к двери. «И к чему эти люди с испуганными лицами останавливают меня? Мне никого не нужно! И что они тут делают? – Она отворила дверь, и яркий дневной свет в этой прежде полутемной комнате ужаснул ее. В комнате были женщины и няня. Они все отстранились от кровати, давая ей дорогу. Он лежал все так же на кровати; но строгий вид его спокойного лица остановил княжну Марью на пороге комнаты.
«Нет, он не умер, это не может быть! – сказала себе княжна Марья, подошла к нему и, преодолевая ужас, охвативший ее, прижала к щеке его свои губы. Но она тотчас же отстранилась от него. Мгновенно вся сила нежности к нему, которую она чувствовала в себе, исчезла и заменилась чувством ужаса к тому, что было перед нею. «Нет, нет его больше! Его нет, а есть тут же, на том же месте, где был он, что то чуждое и враждебное, какая то страшная, ужасающая и отталкивающая тайна… – И, закрыв лицо руками, княжна Марья упала на руки доктора, поддержавшего ее.
В присутствии Тихона и доктора женщины обмыли то, что был он, повязали платком голову, чтобы не закостенел открытый рот, и связали другим платком расходившиеся ноги. Потом они одели в мундир с орденами и положили на стол маленькое ссохшееся тело. Бог знает, кто и когда позаботился об этом, но все сделалось как бы само собой. К ночи кругом гроба горели свечи, на гробу был покров, на полу был посыпан можжевельник, под мертвую ссохшуюся голову была положена печатная молитва, а в углу сидел дьячок, читая псалтырь.
Как лошади шарахаются, толпятся и фыркают над мертвой лошадью, так в гостиной вокруг гроба толпился народ чужой и свой – предводитель, и староста, и бабы, и все с остановившимися испуганными глазами, крестились и кланялись, и целовали холодную и закоченевшую руку старого князя.
Богучарово было всегда, до поселения в нем князя Андрея, заглазное именье, и мужики богучаровские имели совсем другой характер от лысогорских. Они отличались от них и говором, и одеждой, и нравами. Они назывались степными. Старый князь хвалил их за их сносливость в работе, когда они приезжали подсоблять уборке в Лысых Горах или копать пруды и канавы, но не любил их за их дикость.
Последнее пребывание в Богучарове князя Андрея, с его нововведениями – больницами, школами и облегчением оброка, – не смягчило их нравов, а, напротив, усилило в них те черты характера, которые старый князь называл дикостью. Между ними всегда ходили какие нибудь неясные толки, то о перечислении их всех в казаки, то о новой вере, в которую их обратят, то о царских листах каких то, то о присяге Павлу Петровичу в 1797 году (про которую говорили, что тогда еще воля выходила, да господа отняли), то об имеющем через семь лет воцариться Петре Феодоровиче, при котором все будет вольно и так будет просто, что ничего не будет. Слухи о войне в Бонапарте и его нашествии соединились для них с такими же неясными представлениями об антихристе, конце света и чистой воле.
В окрестности Богучарова были всё большие села, казенные и оброчные помещичьи. Живущих в этой местности помещиков было очень мало; очень мало было также дворовых и грамотных, и в жизни крестьян этой местности были заметнее и сильнее, чем в других, те таинственные струи народной русской жизни, причины и значение которых бывают необъяснимы для современников. Одно из таких явлений было проявившееся лет двадцать тому назад движение между крестьянами этой местности к переселению на какие то теплые реки. Сотни крестьян, в том числе и богучаровские, стали вдруг распродавать свой скот и уезжать с семействами куда то на юго восток. Как птицы летят куда то за моря, стремились эти люди с женами и детьми туда, на юго восток, где никто из них не был. Они поднимались караванами, поодиночке выкупались, бежали, и ехали, и шли туда, на теплые реки. Многие были наказаны, сосланы в Сибирь, многие с холода и голода умерли по дороге, многие вернулись сами, и движение затихло само собой так же, как оно и началось без очевидной причины. Но подводные струи не переставали течь в этом народе и собирались для какой то новой силы, имеющей проявиться так же странно, неожиданно и вместе с тем просто, естественно и сильно. Теперь, в 1812 м году, для человека, близко жившего с народом, заметно было, что эти подводные струи производили сильную работу и были близки к проявлению.
Алпатыч, приехав в Богучарово несколько времени перед кончиной старого князя, заметил, что между народом происходило волнение и что, противно тому, что происходило в полосе Лысых Гор на шестидесятиверстном радиусе, где все крестьяне уходили (предоставляя казакам разорять свои деревни), в полосе степной, в богучаровской, крестьяне, как слышно было, имели сношения с французами, получали какие то бумаги, ходившие между ними, и оставались на местах. Он знал через преданных ему дворовых людей, что ездивший на днях с казенной подводой мужик Карп, имевший большое влияние на мир, возвратился с известием, что казаки разоряют деревни, из которых выходят жители, но что французы их не трогают. Он знал, что другой мужик вчера привез даже из села Вислоухова – где стояли французы – бумагу от генерала французского, в которой жителям объявлялось, что им не будет сделано никакого вреда и за все, что у них возьмут, заплатят, если они останутся. В доказательство того мужик привез из Вислоухова сто рублей ассигнациями (он не знал, что они были фальшивые), выданные ему вперед за сено.
Иллюзия Луны проявляется в том, что когда она находится близ горизонта, нам кажется, что она примерно в полтора раза больше, чем когда она находится в зените, хотя ее ретинальные изображения (изображение на сетчатке глаза в центральной проекции) в обоих случаях равны между собой. В действительности Луна, так же как и Солнце, занимает значительно меньшую часть видимого неба, чем кажется большинству из нас.
Угловой размер проекции Луны на сетчатку почти точно равен 0,5° . Близкий к этой величине угловой размер имеет и объект, равный приблизительно 6 мм и удаленный от глаза на 76 см. Но если держать этот объект на правильном расстоянии, его величины достаточно для того, чтобы полностью закрыть проекцию Луны. Иллюзия Луны всегда вызывала огромный интерес, и ее пытались объяснить многие ученые. Ниже приводится описание наиболее известных трактовок.
Гипотеза кажущейся удаленности
Попытка объяснить иллюзию Луны с помощью перцептивных факторов предпринималась еще Птолемеем (ок. 90 - ок. 160), греческим астрономом и геометром. Он предположил, что любой объект, отделенный от наблюдателя наполненным пространством, в том числе и Луна, видимая на горизонте в окружении различных объектов, кажется более удаленным, чем объект, физически удаленный точно так же, но отделенный пустым пространством, как, например, Луна в зените. Изображения Луны на сетчатке в обоих случаях одинаковы, но когда Луна на находится на горизонте, она кажется наблюдателю более удаленной.
То, что она одновременно кажется ему и больше по величине, является непосредственным следствием линейной зависимости между кажущимся размером и кажущейся удаленностью, о которой мы рассказали, обсуждая факторы, благоприятствующие константности восприятия удаленности: воспринимаемая величина прямо пропорциональна воспринимаемой удаленности.
Эту взаимозависимость
иллюстрирует рисунок. 
Благодаря признакам перспективы правый брусок, кажется более удаленным,
чем остальные. Поскольку признак удаленности «запускает механизм»
константности восприятия величины, наблюдателю кажется, что правый
брусок больше остальных, хотя они и идентичны.
Следовательно, если два объекта, сетчаточные изображения которых равны по величине, кажутся наблюдателю расположенными на разных расстояниях от него, тот из них, который кажется более удаленным, всегда будет казаться и большим по величине. Эта зависимость называется гипотезой кажущейся удаленности (или гипотезой инвариантности размера и удаленности).
Если воспользоваться этой гипотезой для объяснения иллюзии Луны, можно сказать, что Луна близ горизонта кажется нам более удаленной, чем Луна в,зените, а потому и большей по величине. Должно быть, вы уже поняли, что перед нами - особый случай константности восприятия размера, а именно благодаря тому, что признаки удаленности приводят в действие механизм константности восприятия размера, Луна близ горизонта кажется нам большей по величине, чем Луна в зените.
Гипотезу кажущейся удаленности активно изучали Кауфман и Рок. Они утверждали, что поскольку Луна находится очень далеко от наблюдателя, она воспринимается им как большой объект, но как такой объект, величина которого неопределима. Просить наблюдателей оценить величину стимула, величина которого неопределима, сравнивая последний с расположенными рядом с ним дисками, имеющими совершенно конкретные размеры, значит просить их сравнивать заведомо несравнимые вещи.
Вместо этого Кауфман и Рок просили наблюдателей сравнить по величине две искусственные луны, видимые на фоне неба, и подобрать равные по величине пары. Разумеется, такое сравнение по самой своей сути аналогично сравнению, выполняемому в исходной иллюзии, хотя в последней две настоящие Луны разделены и во времени, и в пространстве.
На фоне неба Кауфман и Рок с помощью прожектора предъявляли наблюдателям световой круг, величину которого можно было изменять (искусственную луну). Используя пару прожекторов, наблюдатель получал возможность сравнить стандартный круг, спроецированный в определенную точку неба, например близ горизонта, с кругом, величину которого можно было изменять и который проецировался, допустим, в точку, соответствующую зениту.
Величина изменяемого круга, которую «выбирал» наблюдатель и которая, по его мнению, соответствовала величине стандартного круга, принималась за меру величины иллюзии.
Результаты этих экспериментов показали, что независимо от степени поднятия взора Луна близ горизонта воспринималась как значительно большая по величине, чем Луна в зените. Проведя серию опытов, исследователи пришли к выводу, что Луна близ горизонта кажется значительно более удаленной, чем Луна в зените, и что это впечатление создается местностью, воспринимаемой наблюдателем, как уходящее вдаль пространство.
Как уже отмечалось выше, при обсуждении роли константности восприятия величины, если два объекта имеют равные по величине сетчаточные образы, но находятся на разном удалении от наблюдателя, большим по величине будет казаться тот из них, расстояние до которого кажется наблюдателю больше.
А это значит, что из представлений Кауфмана и Рока о кажущейся удаленности следует, что Луна, которая кажется наблюдателю более удаленной, воспринимается им и как большая по величине. Иными словами, благодаря константности восприятия размера воспринимаемая величина объекта является функцией его удаленности от наблюдателя. Следовательно, если ретинальные изображения равны, кажущаяся величина тем больше, чем больше кажущаяся удаленность.
Критика гипотезы кажущейся удаленности: парадокс удаленности
.
Несмотря на всю свою привлекательность, гипотеза кажущейся удаленности
не может объяснить все нюансы иллюзии Луны. Так, Судзуки сравнил суждения
о световых стимулах, проецируемых на линию горизонта, со стимулами,
проецируемыми в самую высокую точку свода, расположенного под куполом
погруженного в полную темноту планетария.
Несмотря на то что при этих условиях наблюдателю не были доступны практические никакие признаки удаленности, иллюзия Луны проявлялась достаточно надежно. Более принципиальное значение для теории кажущейся удаленности имеет то, что весьма часто нам кажется, что Луна близ горизонта не только больше Луны в зените, но что она и менее удалена от нас. Это явление называется парадоксом удаленности, или явлением дальше - больше - ближе.
Парадокс удаленности создает серьезную проблему для гипотезы кажущейся удаленности, основанной на том, что Луна близ горизонта кажется наблюдателю большей по величине, потому что благодаря признакам удаленности, ассоциирующимся с Местностью, кажется более удаленной от него, чем Луна в зените.
Кауфман и Рок объясняют парадокс удаленности Луны близ горизонта эффектом серийности, или последовательности, являющимся результатом обработки информации о величине и удаленности в ситуациях, при которых необходимо делать заключения об удаленности и величине соответственно.
Иными словами, заключения о величине Луны и ее удаленности от наблюдателя не делаются одновременно или на основании одного и того же набора зрительных признаков. В соответствии с гипотезой, объясняющей иллюзию Луны кажущейся удаленностью и константностью восприятия размера, наблюдателю потому кажется, что Луна близ горизонта больше по величине, чем Луна в зените, что она кажется ему более удаленной. Это результат непосредственного, непреднамеренного, практически автоматического умозаключения относительно связи между кажущейся удаленностью и кажущейся величиной, характерного для такого явления, как константность восприятия размера.
Что же касается суждения об удаленности Луны, находящейся близ горизонта, то оно является результатом обдуманного, сознательного решения, основанного на ее кажущейся величине. Коль скоро наблюдателю кажется, что Луна близ горизонта больше по величине, чем Луна в зените, следовательно, она должна быть и ближе.
Корен и Акс следующим образом объясняют парадокс удаленности, т. е. то, что наблюдатель воспринимает Луну близ горизонта как большую по величине и расположенную ближе к нему, чем Луна в зените.
Если принять, что мы имеем дело с последовательностью событий, начинающейся с «запуска» механизма константности восприятия величины доступным наблюдателю признаком глубины и заканчивающейся искажением восприятия величины Луны, окажется, что, конечно же, нет никакого парадокса, и результат вполне ожидаем.
В этом случае наблюдателю кажется, что Луна близ горизонта больше по величине, и это впечатление является источником информации для оценки кажущейся удаленности. Она кажется ему ближе, потому что больше. Два суждения вынесены на основании разных исходных данных... Таким образом, в иллюзии Луны одно иллюзорное восприятие (иллюзия размера) становится источником вторичной иллюзии (разницы в кажущейся удаленности) .
Гипотеза, основанная на конвергенции глаз
Боринг предложили объяснение иллюзии Луны, основанное на том, что ее кажущаяся величина зависит от степени конвергенции (от лат. con – сближаюсь, схожусь) - сведение зрительных осей глаз по отношению к центру, при котором точечные световые раздражители, отражаемые от предмета наблюдения, попадают на корреспондирующие места сетчаток в обоих глазах, за счет чего достигается устранение двоения предмета) глаз наблюдателя. Иными словами, в соответствии с гипотезой, основанной на конвергенции глаз, иллюзия Луны есть результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд кверху, а глаза сами по себе стремятся дивергировать (расхождение зрительных осей правого и левого глаза) . (Когда наблюдатель смотрит на Луну в зените, происходит именно это.) Однако поскольку конвергенция глаз есть признак близости объекта, наблюдателю кажется, что объект меньше по размеру.
Один из экспериментов Холуэя и Боринга (Holway & Boring, 1940) заключался В том, что они просили испытуемых сравнить воспринимаемую ими величину Луны с одним из световых дисков, спроецированных на расположенный рядом сними экран. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта, т. е. на уровне глаз, испытуемые выбрали диск, значительно превосходивший по величине тот, который они выбрали, когда наблюдали за Луной, находящейся в. зените, подняв глаза под углом 30°.
Когда же наблюдатели лежали на плоском столе и из такого положения наблюдали за Луной в зените, не поднимая и не опуская глаз, или когда они лежали на столе, свесив с него голову и подняв глаза вверх, чтобы видеть Луну на горизонте, результаты были противоположными: Луна близ горизонта казалась испытуемым меньше по величине, чем Луна в зените. Аналогичные впечатления можно получить, если смотреть на Луну согнувшись пополам и просунув голову между ногами .
Боринг объясняет иллюзию Луны конвергенцией и дивергенцией глаз, происходящих тогда, когда наблюдатель поднимает или опускает голову. Одних только движений шеи, головы или тела недостаточно для того, чтобы наблюдать эту иллюзию. Однако нет убедительного психологического процесса, с помощью которого можно было бы объяснить наблюдавшееся Борингом изменение зрительного пространства при вертикальных движениях глаз. Сам Боринг писал:
Удовлетворительного объяснения этого явления... не дает ни одна теория. Всё происходящее связано со спецификой механизма зрения... Остается только предположить, что усилия, направленные на подъем или опускание глаз, уменьшают воспринимаемую величину Луны... Поскольку нам не известно, почему напряжение окуломоторных мышц должно влиять на зрительно воспринимаемый размер.
Альтернативные объяснения иллюзии Луны
Несмотря на то что объяснение иллюзии Луны на основании гипотезы о кажущейся удаленности имеет наибольшее число сторонников, известно немало и других объяснений, преимущественно когнитивной природы. Известно объяснение, согласно которому наблюдателю не требуется обработки информации о кажущейся удаленности (Restle, 1970). Основное положение гипотезы относительного размера, предложенной Рестлом, заключается в том, что воспринимаемая величина объекта зависит не только от величины его ретинального изображения, но и от величины объектов, находящихся в непосредственной близости от него.
Чем меньше эти объекты, тем больше его кажущийся размер. Следовательно, если решение о величине Луны принимается наблюдателем на основании ее сравнения с ближайшими к ней объектами, ему кажется, что Луна близ горизонта больше, потому что она воспринимается им на фоне определенного пейзажа и при небольшом угле наклона (угол наклона к горизонту равен 1°). Когда Луна в зените, она воспринимается на фоне зрительно свободного пространства (угол наклона к горизонту равен 90°) и потому кажется меньше.
В данном случае иллюзия Луны трактуется как пример относительности воспринимаемого размера. Один и тот же объект в зависимости от контекста может восприниматься по-разному. Не исключено, что относительный размер может играть некоторую роль, возможно подчиненную, и в одной из версий гипотезы кажущейся удаленности.
Известно немало других объяснений иллюзии Луны, и у нас просто нет возможности изложить их все. Однако (мы не имеем в виду «экзотические» гипотезы) если в восприятии Луны присутствует систематическая ошибка, это не должно никого удивлять. В конце концов, высказывая суждения о величине Луны, мы на самом деле пытаемся оценить величину небесного тела, которое находится на расстоянии 402 250 км от нас и имеет диаметр, равный 3218 км!
Свидетельства о феномене сохранились с древних времён и зафиксированы в различных источниках человеческой культуры (например, в летописях). В настоящее время существует несколько различных теорий, объясняющих эту иллюзию.
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
Широко распространено заблуждение, бытующее как минимум со времён Аристотеля (IV век до н. э.), заключающееся в том, что бо́льший размер Луны у горизонта объясняется увеличением , создаваемым атмосферой Земли . На самом деле астрономическая рефракция у горизонта, наоборот, немного уменьшает наблюдаемый размер Луны по вертикали и не влияет на размер по горизонтали. В результате лунный диск около горизонта виден приплюснутым.
Есть и ещё один фактор, из-за которого угловой размер Луны около горизонта слегка меньше , чем когда она в зените. С перемещением Луны от зенита к горизонту расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, и её видимый размер уменьшается на 1,7 %.
Кроме того, угловой размер Луны слегка меняется в зависимости от её положения на орбите. Поскольку её орбита заметно вытянута, в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты) угловой размер Луны составляет 33,5 угловых минут , а в апогее - на 12 % меньше (29,43 угловых минут) . Эти незначительные изменения не связаны с кажущимся многократным увеличением Луны у горизонта: оно представляет собой ошибку восприятия. Измерения с помощью теодолита и фотографии Луны на различной высоте над горизонтом показывают неизменность размера, около половины градуса, а проекция лунного диска на сетчатку невооружённого глаза наблюдателя всегда имеет размер около 0,15 мм.
Самый простой способ продемонстрировать иллюзорность эффекта - это подержать небольшой объект (например, монетку) на вытянутой руке, прикрыв при этом один глаз. Сравнивая размер объекта с большой Луной у горизонта и с маленькой Луной высоко в небе, можно увидеть, что относительный размер не изменяется. Можно также сделать из листа бумаги трубу и смотреть через неё только на Луну, без окружающих объектов - иллюзия исчезнет.
Возможные объяснения иллюзии
Размер видимого нами объекта может быть определён либо через его угловой размер (угол, который образуют входящие в глаз лучи от краёв объекта) либо через его физический размер (реальный размер, например в метрах). Эти два понятия различаются с точки зрения человеческого восприятия. Например, угловые размеры двух одинаковых объектов, помещённых на расстоянии 5 и 10 метров от наблюдателя, различаются почти в два раза, однако, нам, как правило, не кажется, что ближний объект в два раза больше. И наоборот, если более удалённый объект имеет тот же угловой размер, что и более близкий, мы будем его воспринимать как в два раза больший (закон Эммерта).
На данный момент не достигнуто согласия по вопросу, из-за чего Луна кажется больше у горизонта - из-за бо́льшего воспринимаемого углового размера или из-за бо́льшего воспринимаемого физического размера, то есть кажется ли она находящейся ближе или увеличившейся в размере.
Вообще, полного объяснения этой особенности человеческого восприятия до сих пор не существует. В 2002 году Хелен Росс и Корнелис Плаг выпустили книгу «Загадка лунной иллюзии» , в которой, рассмотрев различные теории, сделали вывод: «Ни одна теория не победила». К тому же решению пришли авторы сборника «Лунная иллюзия», выпущенного в 1989 году под редакцией М. Хершенсона .
Существует много различных теорий, объясняющих иллюзию Луны. Ниже перечислены лишь основные из них.
Теория о роли конвергенции глаз
В 1940-х годах Боринг (Boring, 1943; Holway & Boring, 1940; Taylor & Boring, 1942) и в 1990-х Судзуки (Suzuki, 1991,1998) предложили объяснение иллюзии Луны, согласно которому, кажущаяся величина Луны зависит от степени конвергенции глаз наблюдателя. То есть иллюзия Луны - это результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд наверх (чтобы посмотреть на Луну в зените), а глаза сами по себе стремятся дивергировать . Из-за того, что конвергенция глаз является одним из признаков близости объекта, наблюдателю кажется, что объект высоко в небе меньше по размеру.
В одном из экспериментов Холуэй и Боринг (Holway & Boring, 1940) просили испытуемых сравнить воспринимаемую ими величину Луны с одним из световых дисков, спроецированных на расположенный рядом с ними экран. В первой серии эксперимента испытуемые сидели на стуле. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта (на уровне глаз наблюдателя), они выбирали диск, который значительно превосходил по величине тот, который они выбирали, когда наблюдали за Луной, находящейся в зените (подняв глаза под углом 30°). Во второй серии испытуемые наблюдали за Луной лёжа на столе. Когда они лежали на спине и смотрели на Луну в зените или когда они были вынуждены закидывать голову назад и поднимать глаза вверх, чтобы из положения на спине увидеть Луну на горизонте, результаты были противоположными. Луна близ горизонта казалась им меньше по величине, чем Луна в зените.
Противники данной гипотезы утверждают, что иллюзия увеличенной Луны быстро затухает при увеличении высоты светила над горизонтом, когда необходимость запрокидывать голову и поднимать глаза вверх ещё не возникает.
Теория кажущейся удалённости
Теория кажущейся удалённости впервые была описана у Клеомеда примерно в 200 г. н. э. Теория предполагает, что Луна у горизонта выглядит больше Луны в небе из-за того, что она кажется дальше. Мозг человека видит небо не как полусферу, чем оно на самом деле является, а как сплюснутый купол. Наблюдая за облаками, птицами и самолётами, человек видит, что они уменьшаются при приближении к горизонту. В отличие от земных объектов, Луна, находясь вблизи горизонта, имеет примерно такой же видимый угловой диаметр, как и в зените , но человеческий мозг пытается компенсировать перспективные искажения и предполагает, что диск Луны должен быть физически больше.
Эксперименты, проведённые в 1962 году Кауфманом и Роком (Kaufman & Rock) , показали, что существенным фактором при создании иллюзии являются наглядные ориентиры (см. иллюзия Понцо). Луна у горизонта оказывается в конце последовательности объектов ландшафта , деревьев и зданий, что говорит мозгу о её большой удалённости. При удалении ориентиров из поля зрения, выглядящая крупной Луна становится меньше.
Противники данной теории указывают на наличие иллюзии даже при наблюдении светила через темный светофильтр, когда окружающие его объекты неразличимы.
Теория относительного размера
По теории относительного размера воспринимаемый размер зависит не только от размера на сетчатке, но и от размеров остальных объектов в поле зрения , которые мы наблюдаем одновременно. При наблюдении Луны близко к горизонту мы видим не только Луну, но и другие объекты, на фоне которых спутник Земли кажется больше, чем есть на самом деле. Когда же Луна находится в небе, бескрайние просторы неба заставляют её выглядеть меньше.
Данный эффект был продемонстрирован психологом Германом Эббингаузом . Круг, окружённый маленькими кругами, представляет собой Луну у горизонта и окружающие её маленькие объекты (деревья, столбы и т. п.), а круг, окружённый более крупными объектами, представляет собой Луну в небе. При том, что оба центральных круга имеют одинаковый размер, многим людям кажется, что правый круг на картинке больше. Этот эффект может проверить каждый, вынеся из комнаты во двор какой-нибудь крупный предмет (например, стол). На открытом пространстве он будет выглядеть явно меньше, чем в помещении.
Противники данной теории указывают на то, что пилоты самолётов тоже наблюдают данную иллюзию, хотя в их поле зрения наземных объектов нет.
Количественное сопоставление различных теорий по данным экспериментов
Специально поставленные эксперименты позволили количественно сравнить влияние различных факторов, предлагавшихся для объяснения иллюзии. В частности, подъем головы наблюдателя (теория о роли конвергенции глаз) влияет на изменение размера, но очень слабо (кажущееся изменение размера - 1,04 раза), изменение цвета или яркости лунного диска практически не влияет на видимый размер, а наличие линии горизонта или её оптической модели (теории кажущейся удалённости и относительного размера) приводит к кажущемуся изменению размеров диска в 1,3 - 1,6 раз, причем точная величина изменения зависит от особенностей ландшафта.
Этот вопрос являлся предметом спора несколько тысяч лет. Согласно одному популярному мифу, этим вопросом заинтересовался еще Аристотель в 4-м веке до нашей эры. И до сегодняшних дней считалось, что этот оптический эффект увеличения вызывается атмосферой Земли. Суть в том, что оптический эффект здесь действительно играет свою роль, однако работает он здесь скорее в обратном направлении.
На самом деле атмосферная рефракция (преломление в атмосфере световых лучей) заставляет Луну выглядеть меньше в вертикальной плоскости, когда она находится ближе к горизонту, и больше, когда она находится высоко в небе. Если провести расчеты, то станет очевидно, что рефракция, положение Луны на горизонте, а также факт того, что в этот момент наш естественный спутник становится примерно на 6,5 километров удаленнее от нас, фактически заставляет Луну на самом деле выглядеть на 1,5 процента меньше.
Но если не атмосферная рефракция Земли, то что заставляет Луну выглядеть на горизонте больше? Если кратко, то всему виной обычная оптическая иллюзия. Да, это действительно так. Проверить это можно очень просто, даже не имея рядом с собой высокотехнологичных инструментов. Самый высокотехнологичный инструмент, который вам понадобится - обычная линейка. Возьмите линейку и измерьте диаметр Луны, когда она будет находится на горизонте. В ту же ночь, когда Луна будет располагаться выше в небе, измерьте ее диаметр снова. Только убедитесь в том, что для получения более-менее точных результатов линейка будет находится на одинаковом расстоянии от ваших глаз в обоих случаях. Если вы сделаете все правильно, то сами убедитесь, что полученные результаты будут примерно одинаковы, даже несмотря на то, что ваш мозг будет считать, что Луна выглядит в два раза больше, когда находится на горизонте.
Что конкретно вызывает в нашем мозге эту оптическую иллюзию? По поводу этого вопроса ученые до сих пор не пришли к единому мнению, однако весьма вероятно, что это все как-то связано с размеро-согласованностью. Другими словами, наш мозг не может соотнести реальное представление размера объекта с тем, насколько по его мнению этот объект удален от нас. Например, когда вы видите человека вдалеке от вас, его голова кажется невероятно маленькой. Только ваш мозг в этот момент не думает о том, что человек и его голова на самом деле маленькие. Он скорее корректирует ваше восприятие, полагаясь на все то, что в этот момент также будет находиться в вашем поле зрения и таким образом создает восприятие глубины.
Похожий эффект восприятия происходит и в случае Луны. Только на сей раз ваш мозг ошибочно считает, что Луна, находясь на горизонте, расположена дальше от нас, и следовательно она больше. Это иллюзия Понцо, оптический эффект, получивший свое название в честь итальянского психолога Марио Понцо, который первый его и продемонстрировал.
Марио Понцо впервые продемонстрировал «иллюзию Понцо» в 1913 году (картинка выше). В рамках этого эксперимента Понцо нарисовал на листе бумаги две сходящиеся вертикальные линии. После этого Марио нарисовал две пересекающие эти линии горизонтальные линии: одну выше, другую ниже. Эти две горизонтальные линии имеют одинаковую длину. Однако наше восприятие говорит нам о том, что верхняя линия больше, чем нижняя, так как нам кажется, что верхняя линия находится дальше от нас. Все это происходит ввиду того, что наш мозг интерпретирует сходящиеся линии как перспективу, то есть как две параллельные линии, сходящиеся на расстоянии. Этот эффект усиливается благодаря уменьшающемуся расстоянию между промежуточными горизонтальными отрезками. Наш мозг начинает думать, что верхняя линия расположена дальше, а значит ее размер больше, чем он есть на самом деле.
В конце концов наш мозг аналогичным образом начинает считать, что Луна, расположенная на горизонте, на самом деле больше, чем тогда, когда она находится выше в небе. Когда Луна находится на горизонте, деревья, дома и другие детали играют роль сходящихся линий. Объекты переднего плана заставляют наш мозг думать, что Луна больше, чем она есть на самом деле. Когда Луна находится выше горизонта, то мозг не находит ничего, с чем по размеру можно было бы сравнить естественный спутник. Другими словами, мозг в этот момент думает, что чем выше Луна в небе, тем ближе она находится, и напротив, чем ближе к горизонту она находится, тем она больше и дальше от него расположена.
Бонус-факты
- Похожий эффект оптической иллюзии можно наблюдать и над Солнцем, а также созвездиями, находящимися близко к горизонту;
- Луна всегда расположена одной и той же стороной к Земле. Все потому, что скорость вращения спутника совпадает со скоростью вращения нашей планеты. Однако это совсем не случайность и было это не всегда так. Когда Луна только сформировалась, ее скорость вращения была совсем не такой, какой она является сейчас. Со временем гравитационное поле Земли замедлило и стабилизировало скорость вращения Луны до постоянного нынешнего орбитального периода. Такой эффект не является уникальным только для нашей Луны. Многие луны многих планет в нашей Солнечной системе ему тоже подвержены;
- Луна оказывает на Землю аналогичный эффект, замедляя ее вращение примерно на 1,5 миллисекунды каждое столетие. В результате этого Луна ежегодно удаляется от Земли примерно на 3,8 миллиметра. Может показаться совсем немного, однако считается, что когда Луна только сформировалось, расстояние между ней и Землей составляло всего 22 тысячи километров. Нынешнее расстояние от Земли до Луны составляет уже 384 тысячи километров. И если учесть, что наша планета не имела воды в тот временной промежуток, когда Луна находилась на расстоянии 22 тысяч километров от нее, то приливо-отливные эффекты носили для Земли явно катастрофический характер с удалением спутника;
- Вопреки распространенному мнению, Луна совсем не круглая, скорее она имеет форму, слегка похожую на яйцо. На самом деле мы не видим истинный внешний вид Луны, так как она всегда обращена к Земле одной стороной;
- За приливы и отливы отвечает не только Луна, они также связаны (хотя и в меньшей степени) с воздействием гравитационного поля Солнца.
Когда настаёт полнолуние, создается оптическая иллюзия, которая сбивает с толку наблюдателей со времен Аристотеля. Восходящие Луны, особенно полные, выглядят до странности огромными рядом с горизонтом и кажутся все меньше и меньше, когда поднимаются на ночном небе.
Лунная иллюзия существует исключительно в вашей голове. Луна не меняет размер, и, хотя расстояние от нее до Земли немного меняется со временем, это происходит слишком медленно, чтобы за одну ночь произошла значительная трансформация.
Если вы хотите доказательство того, что лунная иллюзия - абсолютно психологический феномен, просто замерьте Луну у горизонта и высоко в небе с помощью линейки. «Нижняя» Луна будет казаться значительно больше, но линейка покажет, что ее диаметр не изменился.Камеры также помогают вывести Луну на чистую воду. Сделайте последовательно несколько фотографий Луны с одной и той же точки, а затем совместите их - будет очевидно, что размер спутника не изменился.
Итак, что же происходит? Когда мы смотрим на Луну, лучи отраженного солнечного света формируют на сетчатке глаза изображение диаметром 0,15 мм. «Высокие и низкие Луны создают пятно одного размера, - говорит ученый НАСА Тони Филипс. - И все же мозг настаивает на том, что одна из них больше другой».
Одним из объяснений «самообмана» мозга может служить иллюзия Понцо. На анимированном изображении внизу верхняя желтая полоска кажется шире нижней, потому что она «намного дальше» (то есть ближе к горизонту) на железнодорожных путях. Наш мозг добавляет ширины, компенсируя ожидаемое искажение. Как и в случае с высокой и низкой Лунами, обе полоски одинаковой длины, как явно показывают вертикальные красные линии.
Еще одна иллюзия, которая, возможно, объясняет изменение размеров Луны, - иллюзия Эббингауза. Она заключается в сложности восприятия мозгом относительных размеров предметов. На изображении внизу оранжевые круги - одного размера, хотя правый кажется больше. У горизонта Луну окружают относительно маленькие здания и деревья, поэтому она может казаться больше, чем на небе, где предметов для сравнения нет.
К сожалению, все объяснения иллюзии, предложенные на данный момент, имеют недостатки (непример, иллюзия Эббингауза не работает в случае с моряками и пилотами - в небе и море нет зданий и деревьев - но иллюзию люди видят) - ученые до сих пор ведут жаркие споры по этому поводу.
Загрузка...