Augen - sehen in der Nacht

Präsentation zum Thema: "Augen - sehen in der Nacht"—  Präsentation transkript:

1 Augen - sehen in der Nacht
AGL Höck 3. März 2008 Roland Stalder

2 Bereits vor den ersten Fotographien wurden durch‘s Teleskop Zeichnungen von
Deep Sky Objekten gemacht: – was wurde wahrgenommen ?

3 Deep Sky Objekten gemacht: – was wurde wahrgenommen ?
Bereits vor den ersten Fotographien wurden durch‘s Teleskop Zeichnungen von Deep Sky Objekten gemacht: – was wurde wahrgenommen ? ist etwas aufgefallen ?

4 Lord Rosse (1844)

5 Lord Rosse (1844) M1 (Foto) Farbwahrnehmung...

6 Lord Rosse (1850)

7 Lord Rosse (1850) M33 (Foto) Kontrastwahrnehmung...

8 Lord Rosse (1861)

9 Lord Rosse (1861) M101 (Foto) Detailwahrnehmung...

10 Also wie funktioniert denn ein Auge ?

11 Verwendete Bücher ISBN 3-9800378-0-0 Jahrgang 2003, 340 Seiten

12 Verwendete Bücher ISBN 0 19 8575645 Jahrgang 2002, 221 Seiten

13 Verwendete Bücher ISBN 0-323-01136-5 Jahrgang 2003, 876 Seiten

14 Verwendete Bücher weitere Quellen ISBN 0 933 346 54 9
Jahrgang 1990, 355 Seiten Das Astronomische Sehen, Zeitschrift Interstellarum 42, 43, 44, 45, 47 Visual Astronomy of the Deep Sky, Roger N. Clark Visual Observing and Physiology of the Eye, Und weitere webquellen...

15 ein biologischer Lichtsensor

16 Das „einfachste Auge“: mehrere Lichtsensoren -> Ortsauflösung

17 Augenvarianten bei Tieren ...

18 Augenvarianten bei Tieren. Die Natur hat alles erfunden. z. T
Augenvarianten bei Tieren ... Die Natur hat alles erfunden... z.T. mehrmals seit 540 Mio. Jahren gibt es Augen (Kambrium)

19 Eine geniale Erfindung der Natur: die Linse !
... was ist der Vorteil einer Linse ?

20 Eine Linse sammelt und „fokussiert“ Licht, simultan für verschiedene Richtungen !  Lichtempfindlichkeit und Sehschärfe !

21 Wenn wir Facettenaugen hätten wie eine Biene...

22 Ein interessantes Tierauge Kammmuscheln haben Augen mit Kugelspiegel und Korrektor-“Platte“ (vergl. Schmidt-Astrokamera !)

23 relative Lichtempfindlichkeiten (geometrisch aus Pupille und Sensorgrösse)
Cirolana (Assel, Tiefsee) 4200 Dinopis (Spinne, Nacht) 101 Mistkäfer (Nacht) Mensch (Nacht) 18 Mistkäfer (Tag) Arbeitsbiene (Tag) Phidippus (Springspinne, Tag) 0.04 Mensch (Tag)

24 Sehschärfe (Winkelgrad)
Adler (Tag) G Mensch (Tag) G Katze G Mensch (Nacht) 0.3 G Arbeitsbiene (Tag) 1.9 G Cirolana (Assel, Tiefsee) 30 G

25 Durchmesser der menschlichen Pupillen
an der Sonne im Schnee: 2.0 mm bei hellem Raumlicht: 3.5 mm (geblitzt) in der Dunkelheit: 7.0 mm (geblitzt)

26 Sehschärfe beim Menschen: ist bei ca. 3 mm Pupillengrösse am besten
Beugungslimite für 3.0 mm Öffnung liegt bei 0.8 arcmin

27 Leuchtdichteskalen Photonen mm2 sr sec mag arcsec2 Wasser-tiefe (m)
Sonnenoberfläche: 1.6*109 cd/m2 10-6 10-4 104 102 1 10-2 108 106 Photonen mm2 sr sec 27 22 2 7 12 17 mag arcsec2 Wasser-tiefe (m) 600 400 200 Deep-Sky Himmel bedeckter Tag sonniger Tag Raumlicht Strassenlicht Mondlicht Reizschwelle Auge candela m2

28 Anzahl Photonen bei Deep-Sky (21.7 mag/arcsec2)
Leuchtdichte: Photon / (mm2 sterad sec) Umrechung auf Auge in der Nacht: 7mm Pupillendurchmesser (= 3.8*107 mm2) 6 Bogenminuten Sehschärfe (= 2.3*10-6 sterad) Auf diese Augenpupille treffen: 5 Photonen pro 6 Bogenminuten pro 1/20 Sekunde Das heisst: unsere Netzhaut muss einzelne Photonen „einsammeln“ ! („Photonen-Entzug“) Erst ab ca. 5 Photonen (Rauschunterdrückung !) leiten die Nervenzellen der Netzhaut eine Meldung zum Hirn.

29 Sehschärfe und „Photonenrauschen“: bei wenigen Photonen
Sehschärfe und „Photonenrauschen“: bei wenigen Photonen  (zufälliges) Rauschen  die Sehschärfe ist schlecht Quantenphysik: kleinste, unteilbare Lichtmenge !

30 Sehschärfe und „Photonenrauschen“: 5x mehr Photonen
Sehschärfe und „Photonenrauschen“: 5x mehr Photonen  die Sehschärfe wird besser...

31 Wie scharf sieht das Auge in der Nacht ?

32 Quantenstatistik für Photonen
Theorie: Beobachtung: Bei wenigen Photonen schwankt die Anzahl/Zeit stark (zufällig). Daher werden z.B. die schwächsten Sterne (auch ohne Luftflimmern) nur zeitweise gesehen. Die Sehwahrscheinlichkeit ist eine direkte Folge der Quantenstatistik!

33 Wie funktioniert im Detail dieser „Quantenzähler“ im Auge ?

34 Die Netzhaut (Lichtsensor, 0.25 mm dünn)

35 Netzhaut Zeichnung LICHT
Erste „Bildverabeitung“ erfolgt bereits in der Netzhaut, durch diverse Schichten Nervenzellen

36 Netzhaut Rasterelektronen- mikroskop (REM)
2 mm Netzhaut Rasterelektronen- mikroskop (REM) LICHT

37 120 Mio. Stäbchen (für s/w Nachtsehen) und 6 Mio
120 Mio. Stäbchen (für s/w Nachtsehen) und 6 Mio. Zapfen (für Farbe, Tagsehen)

38 Farbsehen: 3-Zapfensorten
„weiss“ existiert nur im Auge ! ebenso die additive Farbmischung ! Farbsehen: 3-Zapfensorten

39 Stäbchen für Nachtsehen (s/w) Zeichnung schematisch im TEM
LICHT

40 Photonen in Nervenimpulse umwandeln: mit Photochemie... (Rhodopsin)

41 Rhodopsin: & Regeneration Bleichung (Dunkeladaptation)
Nach 1 Sek „Belichtungszeit“ durch eine Pupille mit 7mm Durchmesser resultiert folgender Bleichungsgrad: Licht-Quelle cd/m2 gebleicht Sonnenscheibe (im Zenit) Mia. (100%) (am Horizont) % Na-Dampflampe % 60W Birne % Kerzenflamme % Venus % Vollmond % Mars % Jupiter % LCD Monitor % % Rushton 1972

42 Dunkeladaptation: (Zeitskala = Dämmerung) Messung mit Goldmann-Weekers Dark Adaptometer (11 Grad grosser Lichtfleck) Raumlicht Deep-Sky Mondlicht Lamb 1981 Zapfen Stäbchen (3 G) (20 G) Strassenlicht

43 Augen von Babys – sehen sie Sterne?
Babys sehen unscharf und fast nur s/w – vergleichbar unserem „Stäbchensehen“ in der Nacht

44 Stäbchen erneuern laufend (alle 14 Tage) ihre lichtempfindlichen Aussenglieder ! darum täglich (ca. 9:30 Uhr) verminderte Licht- Empfindlichkeit Flugreisen Zeitzonen ? Deep-Sky ?

45 Aber was das Auge „sieht“ muss das Hirn noch lange nicht „wahrnehmen“...

46 Das menschliche Auge...

47 ... ist nur der erste Teil unseres Sehsinnes Auge: detektiert Photonen (Physik, Photo-Chemie) Hirn: „nimmt wahr“ (Nerven- & Hirnforschung !)

48 Wahrnehmung: Rezeptives Feld der Stäbchen (Verschaltung)
On – Nervenzellen Rezeptives Feld (bipolarZellen) 0.4mm+ (1.3 Grad) 2.0mm- (6.4 Grad)

49 Wahrnehmung: Rezeptives Feld der Stäbchen (Verschaltung)
On – Nervenzellen Rezeptives Feld (bipolarZellen) 0.4mm+ (1.3 Grad) 2.0mm- (6.4 Grad) Off - Nervenzellen

50 Wahrnehmung: Hermann Gitter Illusion (Rezeptives Feld der Stäbchen (Verschaltung)

51 Wahrnehmung: Mach‘s Bänder – Kanten scheinen überhöht...
... ein Effekt der rezeptiven Felder

52 Wahrnehmung: Ricco‘s Regel Bipolarzellen sammeln bis zu einer gewissen Ausdehnung alles Licht ein (totale Summation innerhalb dem rezeptivem Feld) 30 arcmin in Sehrichtung (parfoveal) 2 Grad bei 35 Grad seitlichem Sehen Das Auge nimmt Details mit ca. 1 Grad Ausdehnung am besten wahr DAS FERNROHR KANN DIESE AUSDEHNUNG DURCH VERGRÖSSERUNG ERZEUGEN !!! ! Flächenhelligkeit <= blosses Auge !

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55 blabla...

56 blabla...

57 blabla...

58 blabla...

59 blabla... Sehschärfe (20/20) = 1arcmin Balkenbreite

60 Sehen im Teleskop? Ricco‘s Regel beachten
Teleskopgrösse

61 Sehen im Teleskop? Ricco‘s Regel beachten!
Teleskopgrösse Vergrösserungen (12.5 inch)

62 Nachts ist ein Sehwinkel von 1 Grad optimal

63 Wahrnehmung: Troxler‘s Effekt entdeckt von: Ignaz Paul Vital Troxler Schweizer Arzt, Politiker und Philosoph geboren 1780 in Beromünster gestorben 1866 in Aarau die Schweizerische Bundesverfassung von 1848 beruht auf seiner Idee

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65 Kleinste (unbewusste) Zitterbewegungen verhindern normalerweise Troxler‘s Effekt...
Nachts limitiert Troxler‘s Effekt ein Lichtsammeln durch langes „anstarren“. Anstatt heller zu werden (wie beim CCD-Chip), wird das Bild vom Hirn nach einigen Sekunden leider unterdrückt...

66 Wie kann ich nun meine visuelle Wahrnehmung in der Nacht optimieren?

67 Nachtsehen optimieren: 1) Gesundheit
Alkohol vermindert Kontrastwahrnehmung Rauchen vermindert Empfindlichkeit Nicht frieren! (Körper priorisiert Lebenserhaltung) Zuckermangel vermindert Empfindlichkeit Genug Vitamin A und Zink (Empfindlichkeit) Sauerstoffmangel (grosse Höhe) vermeiden Dehydration vermeiden (dauernd Wasser trinken) Heidelbeeren (Rhodopsin) essen, (? umstritten...) 80-jährige Augen sehen ca. 2 mag weniger...

68 Nachtsehen optimieren: 2) Dunkeladaptation
Am Vortag Sonnenbrille (mit UV-Schutz) tragen Dunkeladaptation abwarten (>30 min) ...und behalten! (gedimmtes Rotlicht, kein Mond, keine hellen Planeten oder Sterne) Unter optimal dunklem Himmel beobachten, nur dann wird die Dunkeladaptation vollständig ... Faustregel: bei vollständiger Dunkeladaptation sieht auch der dunkelste Nachthimmel IMMER hellgrau aus! (Auge ist noch 100x empfindlicher)

69 Nachtsehen optimieren: 3) Physiologie
Um die max. Empfindlichkeit auf der Netzhaut zu benutzen: das beobachtete Objekt um ca. 10 Grad Richtung Nase platzieren (indirektes Sehen) Ein Feldstecher oder Teleskop benutzen: wichtig sind die Oeffnung, der Kontrast und die variablen Vergrösserungen Die Austrittspupille des Teleskops der eigenen Augenpupille (höchstens 7mm ?) anpassen

70 Nachtsehen optimieren: 4) Wahrnehmung
Kontrastarme Bilddetails im Teleskop auf ca. 1Grad Sehwinkel vergrössern (Ricco‘s Regel) Das Bild/Teleskop etwas bewegen (Auge nimmt Bewegung leichter wahr) Troxler‘s Effekt beachten Zwei Augen nehmen mehr wahr als eines Entspannen (am besten bequem sitzend) Sich viel Zeit nehmen um alles wahrzunehmen  Und dann sind nachts erstaunliche Sachen von Auge und Hirn wahrnehmbar...

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72 Messier 42 C 200/2300 mm 82 × × fst* 14.0 Zeichnung Roger N. Clark

73 NGC C 200/2300 mm 117 × × fst* 14.7 Zeichnung Roger N. Clark

74 Messier 51 mit SN 2005cs 14“ PWO Dobson F/4.6 TV Radian 8mm 200x, 0.3G 4. Juli 2005 02:15 Uhr Honegg 1460m D: 6.5 L: ruhig Zeichnung Eduard von Bergen

75 Komet Hale-Bopp 19: :35 UT N 305/2100 105 × Zeichnung Andreas Domenico

76 Messier 31 N 457/1850 mm 154 × × fst* 6.8 Zeichnung Andreas Domenico

77 Messier 101 N 457/1850 mm 92.5 × ×  fst* 6.7 Zeichnung Andreas Domenico

78 NGC 4565 N 457/1850 mm 205 × fst* 6.8 Zeichnung Andreas Domenico

79 NGC 2237/39 N 457/1850 mm EP 6-8 mm / [OIII] fst* 6.5 Zeichnung Andreas Domenico

80 Und schlussendlich: auch Lord Rosse (1848) hat manchmal am Nachthimmel Dinge von Auge „gesehen“, die wohl nur er wahrnehmen konnte ... 

81 DANKE  bald wird es dunkel... Dort unten brauchen die Menschen
keine Dunkeladaptation mehr! ...und in 1 Mio Jahren ?

82 Anhang

83 Anhang Definitionen

84 Anhang Definitionen

85 Anhang Definitionen Luminance (Leuchtdichte) 1 apostilb = 1/p cd/m2
Menschliches Auge hat eine Brennweite von ca. 18 mm die Fovea (100 mm) hat ca. 0.3 Grad Durchmesser der Zapfen-Zapfen Abstand beträgt ca. 2 mm 1 Bogenminute Auflösung entspricht 5 mm auf der Netzhaut Der optimale Pupillendurchmesser entspricht 2.4 mm die entsprechende Beugunglimite beträgt 57 arcsec Mikro-Sakkaden messen arcsec bis arcminuten