рыба четырехглазка фото и описание
Четырёхглазая рыба
Четырёхглазая рыба или Бразильская четырехглазка, научное наименование Anableps anableps, принадлежит семейству Anablepidae. Крайне любопытный представитель тропических рыб благодаря особому строению глаз. В действительности их всего два, как и у остальных животных, но каждый из них делится на две зоны, что позволяет одновременно смотреть вверх и вниз, под водой и над водой.
Подобная адаптация помогает рыбе искать пищу гораздо эффективнее, кроме того даёт дополнительное преимущество перед хищниками, поскольку вся её жизнь сосредоточена в верхних слоях воды, то и угрозы подстерегают сразу из двух сред.
Параметры рыбы:
- Размер — до 14 см. Питание — мясные продукты
Среда обитания
Четырёхглазая рыба распространена в речных системах Центральной и Южной Америки, преимущественно в устьях рек, впадающих в море. Большая часть жизни сосредоточена в верхних слоях воды, в охоте за мелкими насекомыми и ракообразными.
Питание
Рыба относится к плотоядным видам, поэтому в домашнем аквариуме следует кормить сублимированными или замороженными мясными продуктами из специализированных зоомагазинов, а также живым кормом: мотылем, личинками комаров. Учтите, корм будет съеден, только если он плавает на поверхности воды.
Наш продукт Натуральный сухой корм Aqvium для малых и средних рыбок из чистых озёр Сибири и Северного Крыма в экологичной биоразлагаемой упаковке.
Содержание и уход
Показатели pH и dH не столь критичны, куда большее значение имеет уровень солёности, при подготовке воды следует растворить соль в пропорции 1 гр. на 1 литр. Из оборудования достаточно простого механического фильтра, обогревателя, аэратора. Система освещения, настроенная на умеренную силу света.
Аквариум желательно заполнить на половину или на три четверти и плотно закрыть, чтобы предотвратить выпрыгивание рыб. В оформлении используйте корневые растения, устойчивые к соли, если они начинают застилать поверхность, то их следует укорачивать, подрезать. У Бразильской четырехглазки должно быть пространство для плавания. Грунт и оформление нижнего яруса аквариума на ваше усмотрение, рыбу мало интересует, что происходит внизу.
Социальное поведение
Вполне мирная стайная рыба, однако, может полакомиться мелкими соседями, способными поместиться им в рот. Предпочитает общество себе подобных, прекрасно себя чувствует в группах по 5–6 особей. Совместим с видами способными жить в солоноватой воде и обитающими в среднем или придонном слое воды.
Разведение / размножение
Вид размножается быстро и не требует от аквариумиста особых усилий. Мальки появляются уже сформировавшимися, без стадии икры. Единственное условие — после появления молоди, их следует удалять в отдельный резервуар, поскольку родители могут съесть своё собственное потомство.
Болезни
Четырёхглазая рыба крайне восприимчива к бактериальным инфекциям, которые с трудом поддаются излечению. Причина кроется в колебаниях концентрации соли в воде из-за испарения. Подробнее о симптомах и методах лечения болезней в разделе «Болезни аквариумных рыб».
Четырёхглазки – самые необычные рыбы на планете
Одними из самых удивительных водных обитателей в мире являются рыбы из рода четырёхглазки. Они хорошо приспособлены к жизни на поверхности воды. Эти рыбы обладают способностью видеть над и под поверхностью воды одновременно. Род четырёхглазки (Anableps) принадлежит к семейству четырёхглазковые (Anablepidae), и включает 3 вида: Anableps anableps, Anableps dowei и Anableps microlepis. Уникальное строение глаз четырёхглазок делает их одними из самых странных рыб на Земле.
Описание/Внешний вид
Глаза рыбы выступают над верхней частью головы. Четырёхглазки имеют только 2 глаза, хотя с функциональной точки зрения их 4. Каждый глаз горизонтально разделен на две половины тонкой полоской эпителия. Уникальная морфология позволяет рыбе погружать только нижнюю половину глаза, в то время как верхняя находится над водой. Нижняя часть глаза приспособлена видеть под водой, а верхняя в воздухе.
Каждый глаз имеет 2 роговицы и 2 зрачка, которые связаны участком радужной оболочки глаза. Глазная линза овальной формы, а сетчатка разделена на две секции. Для учета различных показателей преломления воды и воздуха, глазная линза различается по толщине – верхняя часть толще нижней.
Взрослые четырёхглазки могут достигать около 32 см в длину, причем самки больше самцов. Тело цилиндрическое с сигарообразным удлинением. Грудные плавники крупные, лопастеобразные. Окрас четырёхглазок, как правило, сероватый со светло-кремовым оттенком по бокам и оливково-коричневым на спине.
Питание и размножение
Четырёхглазки проводят большую часть своего времени на поверхности воды, где они охотятся на насекомых. Нижняя половина глаза обнаруживает пищу, такую как мелкая рыба, диатомовые водоросли и водные беспозвоночные. Четырёхглазки социальные животные, которые собираются в стаи.
Это живородящие рыбы. Брачное поведение также уникально тем, что они спариваются только на одной стороне – «левосторонние» самцы спариваются с «правосторонними» самками, в то время как «правосторонние» самцы спариваются с «левосторонними» самками. Это связано с тем, что половые органы у обоих полов расположены либо справа, либо слева. Сперма попадает в самку через трубку, называемую гоноподием. Мальки предоставлены сами себе, не получая особой заботы и внимания от родителей.
Среда обитания и ареал
Четырёхглазки обитает возле побережья к северо-востоку от Южной Америки, начиная от залива Пария через Гайану, Французскую Гвиану, Суринам и далее через бразильскую дельту Амазонки. Они также процветают в прибрежных районах Венесуэлы и Тринидада. Некоторые виды встречаются вблизи устья реки Парнаиба на границе штатов Мараньян и Пиауи, Бразилия.
Эти рыбы являются тропическими обитателями, которые процветают в солоноватой воде вблизи мангровых лесов. Четырёхглазки перемещаются с ежедневными приливными движениями. Они обитают на мелководных окраинах водных каналов, во время отлива, и перемещается в затопленные районы в поисках пищи, когда уровень воды поднимается.
Ареал: Солоноватые воды Центральной и Южной Америки. Обитает от юга Мексики до северной части Южной Америки, Венесуэла, Бразилия.
Температура воды: 25-28.
Размер в аквариуме: 30 см.
Рекомендуемый объем аквариума для 1 взрослой особи от 150 литров.
Анаблепс (Anableps) – четырёхглазки обитают у поверхности воды. Их глаза обладают горизонтальной перепонкой, которая разделяет их зрачок на две части. Таким образом, четырёхглазки могут смотреть одновременно, как над, так и под водой. Верхняя часть их глазной линзы слабоизогнутая, а нижняя сильноизогнутая, чтобы обеспечивать правильное преломление света. Четырёхглазые рыбы являются единственными позвоночными, умеющим одновременно видеть под и над водой!
Цвет кожных покровов Анаблепс – светлый, почти белый или сероватых тонов. Вдоль тела хорошо заметны пять темных коричневых или черно-зеленые длинных полосок, первая и последняя менее четки и могут иметь разрывы по всей длине. По спине идет узкая светлая полоса, которая разветвляется на затылке и оканчивается около глаз. Большие глаза выдаются над головой. Молодые самцы и самки выглядят одинаково. Взрослые самки примерно в два раза крупнее самцов.
Плавают, как правило, у поверхности воды, таким образом, что линия воды совпадает с полосой разделяющей глаз, верхняя половина глаз выступает из нее. Может видеть одновременно, что происходит над водой, и то, что происходит под водой. В естественных условиях они совершают довольно большие прыжки над поверхностью воды. Лучше всего содержать в группах от 6 особей. Мирные рыбы, но рассматривают маленьких рыб, как еду.
В естественных условиях обитания, анаблепс выпрыгивает из воды на высоту до 1 метра. Основной корм – насекомые, летающие у поверхности воды, но не отказывается и от традиционных аквариумных кормов и мелкой рыбешки. Комнатных мух, плавающих на поверхности, они не едят. Но, если мухи летают над водой, рыбы внимательно следят за ними, а иногда даже выпрыгивают из воды.
Анаблепс видео-обзор
Физика в мире животных: «четырехглазые» рыбы и их «оптические приборы»
Глубоководные рыбы семейства Опистопроктовых известны давно. Впервые их описали более ста лет назад. На первый взгляд, это ничем не примечательная рыба, которая живет там, где царит почти полная тьма. Зачем обитателям таких мест глаза? И все же, большинство представителей видов этого семейства могут видеть, и довольно неплохо. Это возможно благодаря оригинальному строению их глаз.
Они имеют трубчатую форму, и направлены вверх. У рыб это не такое уж и редкое явление — например, вверх направлены и глаза аквариумной рыбки телескопа. Но глаза у Опистопроктовых тубулярные, а не круглые. Они напоминают телескоп, а не глазное яблоко. И строение этого телескопа очень необычное.
Дело в том, что каждый глаз разделен. Часть глаза, которая обращена наверх, получает изображение того, что находится сверху, что логично. Вторая часть глаза направлена вниз. Для фокусировки изображения здесь используется зеркальная поверхность. Свет, попадая на внутреннюю часть второй половинке глаза, отражается и фокусируется. Зеркало имеет очень необычную природу, это пластинки серебристых кристаллов, которые расположены в виде чешуек, прилегающих друг к другу.
Ученые считают, что кристаллы зеркала глаза рыбы — это гуанин. Благодаря гуанину блестит и чешуя рыб. Расположены кристаллы-чешуйки в несколько слоев в определенном порядке, благодаря чему угол расположения чешуек изменяется по мере удаления от центра «зеркала». Ученые провели моделирование принципа действия такого глаза, и оказалось, что размещение кристаллов в зеркале позволяет получать рыбке четко сфокусированное изображение. Нижняя половинка помогает рыбе наблюдать за люминесцирующими на глубине организмами. Поднимаясь в слои, где света немного больше, рыба может видеть все, что происходит над ней, перед ней и по бокам. У этих рыб практически круговое зрение.
На фотографии выше (рыбка здесь показана сверху) заметно отражение света от тубулярных глаз. А вот дивертикулярные глаза, которые смотрят вниз, не блестят. Они бы отражали свет только в одном случае — если бы рыбку фотографировали снизу. «Зеркало» во вторичных, дивертикулярных глазах помогает рыбам семейства получать четкое изображения того, что попадает в поле зрения. Благодаря своим глазам рыба может поймать даже слабо люминесцирующую добычу, или же быстро распознать врага и скрыться.
Семейство опистопроктовых включает 6 родов с 10 видами. Ряд видов встречаются очень редко, некоторых из них обнаружили случайно. Например, виды Rhynchohyalus, Dolichopteryx, Winteria, Bathylychnops известны всего по 3-5 экземплярам. Большинство представителей семейства обитают в тропических и умеренно теплых водах Мирового океана. Они предпочитают жить на глубине от 200 до 2500 метров.
Несколько похожим строением своего органа зрения обладает и другая рыба, вида Anableps anableps (четырехглазка). Она обитает не на глубине, как представители семейства Опистопроктовых, а практически на поверхности. Причем большую часть времени рыба проводит сразу в двух средах — водной и воздушной. Ее глаз при этом разделен водной поверхностью на две части. Верхняя часть находится в воздухе, а вторая половина — под водой.
Строение глаза помогает рыбке видеть все, что происходит над водой, а также то, что происходит в воде. Глаз ее разделен на две части слоем эпителиальной ткани. Даже хрусталик имеет необычную форму, он имеет яйцевидную форму и может получать изображения сразу из двух источников. Некоторое представление о строении глаза рыбы могут дать бифокальные очки, линзы которых также разделены на две части.
Верхняя часть глаза рыбы защищена особой полосой радужной оболочки, которая не позволяет слишком ярким солнечным лучам ослепить рыбку. У этих рыб разделяется не только роговица глаза, но и глазное дно, которое образовано сетчаткой. Часть хрусталика, находящаяся в этой части глаза, несколько приплюснута, что позволяет дать неискаженное изображение. В нижней половинки глаза хрусталик выпуклый и утолщенный, что также дает точную картину происходящего вокруг, без искажений. И в воде, и в воздухе четырехглазка видит все без искажений. И все благодаря особому строению глаза и хрусталика.
Кстати, рыбке приходится часто полностью опускать голову в воду, чтобы не допустить пересыхания верхней половинки глаза. Благодаря двойному глазу Anableps anableps может видеть добычу в воздухе (она питается насекомыми), а хищника — в воде. Кроме того, рыбка сразу уплывает, если к воде подходит какое-то животное или человек. Всего четырехглазок три вида. Они обитают в пресных и солоноватых водах Центральной и Южной Америки.
Четырехглазые рыбы и их «приборы»
Глубоководные рыбы семейства Опистопроктовых известны давно. Впервые их описали более ста лет назад. На первый взгляд, это ничем не примечательная рыба, которая живет там, где царит почти полная тьма. Зачем обитателям таких мест глаза? И все же, большинство представителей видов этого семейства могут видеть, и довольно неплохо. Это возможно благодаря оригинальному строению их глаз.
Они имеют трубчатую форму, и направлены вверх. У рыб это не такое уж и редкое явление — например, вверх направлены и глаза аквариумной рыбки телескопа. Но глаза у Опистопроктовых тубулярные, а не круглые. Они напоминают телескоп, а не глазное яблоко. И строение этого телескопа очень необычное.
Дело в том, что каждый глаз разделен. Часть глаза, которая обращена наверх получает изображение того, что находится сверху, что логично. Вторая часть глаза направлена вниз. Для фокусировки изображения здесь используется зеркальная поверхность. Свет, попадая на внутреннюю часть второй половинке глаза, отражается и фокусируется. Зеркало имеет очень необычную природу, это пластинки серебристых кристаллов, которые расположены в виде чешуек, прилегающих друг к другу.
Ученые считают, что кристаллы зеркала глаза рыбы — это гуанин. Благодаря гуанину блестит и чешуя рыб. Расположены кристаллы-чешуйки в несколько слоев в определенном порядке, благодаря чему угол расположения чешуек изменяется по мере удаления от центра «зеркала». Ученые провели моделирование принципа действия такого глаза, и оказалось, что размещение кристаллов в зеркале позволяет получать рыбке четко сфокусированное изображение. Нижняя половинка помогает рыбе наблюдать за люминесцирующими на глубине организмами. Поднимаясь в слои, где света немного больше, рыба может видеть все, что происходит над ней, перед ней и по бокам. У этих рыб практически круговое зрение.
На фотографии выше (рыбка здесь показана сверху) заметно отражение света от тубулярных глаз. А вот дивертикулярные глаза, которые смотрят вниз, не блестят. Они бы отражали свет только в одном случае — если бы рыбку фотографировали снизу. «Зеркало» во вторичных, дивертикулярных глазах помогает рыбам семейства получать четкое изображения того, что попадает в поле зрения. Благодаря своим глазам рыба может поймать даже слабо люминесцирующую добычу, или же быстро распознать врага и скрыться.
Семейство опистопроктовых включает 6 родов с 10 видами. Ряд видов встречаются очень редко, некоторых из них обнаружили случайно. Например, виды Rhynchohyalus, Dolichopteryx, Winteria, Bathylychnops известны всего по 3-5 экземплярам. Большинство представителей семейства обитают в тропических и умеренно теплых водах Мирового океана. Они предпочитают жить на глубине от 200 до 2500 метров.
Несколько похожим строением своего органа зрения обладает и другая рыба, вида Anableps anableps (четырехглазка). Она обитает не на глубине, как представители семейства Опистопроктовых, а практически на поверхности. Причем большую часть времени рыба проводит сразу в двух средах — водной и воздушной. Ее глаз при этом разделен водной поверхностью на две части. Верхняя часть находится в воздухе, а вторая половина — под водой.
Строение глаза помогает рыбке видеть все, что происходит над водой, а также то, что происходит в воде. Глаз ее разделен на две части слоем эпителиальной ткани. Даже хрусталик имеет необычную форму, он имеет яйцевидную форму и может получать изображения сразу из двух источников. Некоторое представление о строении глаза рыбы могут дать бифокальные очки, линзы которых также разделены на две части.
Верхняя часть глаза рыбы защищена особой полосой радужной оболочки, которая не позволяет слишком ярким солнечным лучам ослепить рыбку. У этих рыб разделяется не только роговица глаза, но и глазное дно, которое образовано сетчаткой. Часть хрусталика, находящаяся в этой части глаза, несколько приплюснута, что позволяет дать неискаженное изображение. В нижней половинки глаза хрусталик выпуклый и утолщенный, что также дает точную картину происходящего вокруг, без искажений. И в воде, и в воздухе четырехглазка видит все без искажений. И все благодаря особому строению глаза и хрусталика.
Кстати, рыбке приходится часто полностью опускать голову в воду, чтобы не допустить пересыхания верхней половинки глаза. Благодаря двойному глазу Anableps anableps может видеть добычу в воздухе (она питается насекомыми), а хищника — в воде. Кроме того, рыбка сразу уплывает, если к воде подходит какое-то животное или человек. Всего четырехглазок три вида. Они обитают в пресных и солоноватых водах Центральной и Южной Америки.
чудны дела твои Господи! Спасибо. Было интересно.
Немного о цветах, или почему нет розового лазера и зелёных звёзд
Сегодня мы основательно разберёмся, как нам удаётся видеть цвета, почему нет зелёных звёзд, и почему даже самый лучший дизайнерский монитор не может передать спектрально чистый цвет.
Поскольку видим мы глазами, то начнём именно с их устройства.
На картинке ниже показано схематическое изображение глаза человека:
Свет проходит через зрачок, затем хрусталик фокусирует его на задней стенке глаза, покрытой сетчаткой. Вот именно с тем, как она устроена, мы и разберёмся.
Мы со школы помним про палочки и колбочки у нас в глазу и знаем, что именно они и воспринимают свет и превращают его в нервные сигналы. В настоящее время известны три типа фоторецепторных клеток в глазу млекопитающих: палочки, колбочки и фоточувствительные ганглиальные клекти сетчатки (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs):
Но нас сейчас интересуют только два типа этих клеток: палочки и колбочки. Вот они отдельно на рисунке:
Диски в нижней части клеток – это складки клеточной мембраны, в которых содержится фоточувствительный белок (фотопротеин). Этот белок поглощает фотон и вызывает изменение потенциала клеточной мембраны. В палочках в роли фотопротеина выступает родопсин, а в колбочках – фотопсины разного типа.
Ниже показаны палочки и колбочки под электронным микроскопом. На левом снимке S-колбочки (показаны зелёным) и L-колбочки (показаны красным). Зелёный окрас получен с помощью антител HJ455 для того, чтобы отличить S-колбочки. На правом снимке цвета выбраны произвольно.
Как вы, возможно, заметили, палочки и колбочки лежат глубоко под поверхностью сетчатки, и диски с фотопротеинами находятся почти у задней стенки глаза, т.е. свет проходит через весь глаз и поглощаятся почти у задней поверхности:
Кстати, у некоторых животных (например, у кошек) клекти RPE содержат кристаллы гуанина с примесью пигментов и отражают непоглощённый свет обратно к фоторецепторам, как зеркало, улучшая зрение в темноте. В этом случае этот слой клеток называется «тапетум», и отражённый от него свет мы и видим как светящиеся в темноте глаза.
Палочкам для активации нужно совсем немного света – они позволяют нам видеть при низкой освещённости, но никак не помогают воспринимать цвета. Именно поэтому ночью и в сумерках мы всё видим в оттенках серого. В человеческом глазу содержится около 100 миллионов палочек.
Колбочкам же для активации нужно намного больше света, зато они позволяют различать цвета. У нас три типа колбочек – для красного, зелёного и синего цветов. В глазу колбочек всего около шести миллионов, и больше всего их сосредоточено в области глаза, называемой центральной ямкой, которая находится в центре области, называемой жёлтым пятном.
Именно жёлтое пятно с его центральной ямкой – зона наиболее чёткого восприятия изображения.
На графике ниже показано, как палочки и колбочки распределены по сетчатке.
А вот плотность колбочек в зоне центральной ямки просто огромна. Кроме того, вышележащие биполярные и ганглиальные клетки расходятся в стороны, чтобы больше света смогло дойти до фоторецепторов:
Именно поэтому мы чётко видим только в небольшой области, и нашим глазам приходится непрерывно «сканировать» изображение.
Но вернемся к восприятию цветов. Как уже упоминалось выше, за это отвечают три вида колбочек: S- (short, коротковолновая синяя часть спектра), M- (middle, средняя зелёная часть спектра) и L- (long, длинноволновая красная часть спектра).
Если построить для колбочек график эффективности поглощения фотонов разной длины волны, то получится вот так:
Тут видно, что каждый из типов колбочек чувствителен к довольно широкому диапазону длин волн, хотя и имеет максимальную чувствительность на своей длине волны (420нм, 530нм и 560нм). Кроме того, их диапазоны пересекаются. Например, свет с длиной волны 470нм (голубой) активирует все три типа колбочек, а жёлтый (570 нм) – два типа.
Для сравнения на графике приведен спектр поглощения палочек (черная линия) с пиком в районе 500нм – это диапазон нашего ночного зрения.
Очень важно то, что отдельный тип колбочек не различает оттенки. Например, выходной сигнал «красных» колбочек для длин волн 500нм (зелёный) и 620нм (оранжевый) будет совершенно одинаковым. Более того, меняя яркость света, можно получить любой уровень сигнала: яркий темнокрасный свет вызовет такой же сигнал этих колбочек, как неяркий зелёный (520нм) или тусклый жёлтый (560нм). Если в диапазон чувствительности одного типа колбочек попадёт свет нескольких длин волн, то колбочки их тоже не различат, а выдадут сигнал, соответствующий сумме одиночных сигналов. Т.е. сигнал колбочки – это общая интенсивность всех одиночных сигналов в её диапазоне чувствительности.
И вот чтобы различать цвета, наш мозг сравнивает сигналы со всех типов колбочек. Каждая колбочка (кроме «синих» S-типа) подключена к биполярным клеткам, которые могут выдавать сигнал на один выход (ON), если колбочка возбуждена, и на другой выход (OFF), если колбочка не возбуждена (прямо как в электронике). Ниже на картинке приведена таблица истинности для всех «выходов».
Причём значение имеет не степень возбуждения каждого типа колбочек (сигнал), а разница в их сигнале. Учёные не упустили возможность провести эксперименты и определить, какой цвет мы видим в зависимости от степени возбуждения разных колбочек.
Цветовое пространство CIE 1931
Поскольку у нас три типа цветовых рецепторов, то все возможные воспринимаемые цвета можно описать в трёхмерном пространстве координат. Например, можно выбрать в качестве базиса (осей) степень возбуждения каждого типа колбочек (L, M, S).
Но исторически первая достоверная модель цветового пространства была построена в 1931 году, за 20 лет до открытия функций колбочек, и называется CIE 1931. Это пространство в трёх координатах X, Y и Z. На картинке ниже (а) показан только один «слой» (для одного Z) этого пространства. Ось Z направлена вам в лицо:
Тут важно уточнить, что ваш монитор не может отобразить все цвета пространства CIE 1931 и ограничен цветовой палитрой sRGB (отмечено треугольником на картинке), все цвета за пределами этого треугольника искажены и на самом деле выглядят не так, как на мониторе. Так же не забывайте, что на картинке только срез трёхмерного пространства – он содержит цвета только для одного значения Z.
Так вот, после множества опытов ученые точно установили зависимость между координатами цвета в цветовом пространстве (X Y Z) и степенью возбуждения разных колбочек (L M S):
В части (б) того же рисунка сверху нарисованы соответствующие функции от длины волны (это не кривые чувствительности колбочек! это результат для приведённой формулы). Видно, что для координаты X будет учитываться сигнал всех типов колбочек (красная линия захватывает диапазон всех колбочек), а вклад в координату Z дают в основном S-колбочки.
На картинке цветового пространства (а) на внешнем краю (черная линия) лежат монохроматические цвета – их мы будем воспринимать, если увидим монхроматический (только одной частоты) свет соответствующей длины волны (синие числа вдоль края).
Смешение цветов. RGB и CMYK
Сначала разберемся со светом, потом перейдем к краскам.
Если мы выберем в цветовом пространстве два цвета, то смешивая свет этих двух цветов с разной интенсивностью, мы сможем получить любой цвет, лежаший на прямой между исходными цветами. А если выберем три исходных цвета – то с их помощью (изменяя пропорции) сможем получить любой цвет внутри треугольника между этими точками. На рисунке ниже представлено цветовое пространство sRGB, у него за основу выбраны красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue) цвета:
Именно этот способ получения цветного изображения и используется в мониторах и экранах (даже когда кодировался в YDbDr в SECAM). Для каждой точки изображения (пикселя) используются источники света (субпиксели) трех цветов – красного, зелёного и синего. Яркость каждого субпикселя влияет на воспринимаемый цвет пикселя. Примерно так выглядит экран через увеличительное стекло (картинка из интернета):
Как нетрудно заметить, sRGB кодирование не может передать все цвета, воспринимаемые человеком. Более того, оно не может передать ни одного спектрально чистого цвета (область sRGB не касается края цветового пространства CIE 1931).
Описанный выше способ получения цветов называется аддитивным – цвета добавляются один к другому. На самом деле это единственный способ получения цвета – физика именно так и работает. Но для удобства работы с красками применяется субстрактивный синтез цветов:
Суть идеи следующая. Любой пигмент (краситель) – это вещество, которое поглощает часть длин волн и отражает остальные. Например, красный краситель отражает свет с красной длиной волны (или несколько длин волн, которые мы суммарно видим как красный).
Если взять чистый белый лист без красок, то весь отражённый от него свет будет белым – т.е. будет смесью всех длин волн (тут от источника освещения зависит, но мы так глубоко не полезем). Когда мы нанесем на лист немного красной краски, то мы «вырежем» из белого цвета часть (не полностью) всех цветов, кроме красного, и в итоге получим розовый цвет. Чем больше красного мы будем наносить, тем больше «некрасного» мы будем вырезать. Если мы начнем добавлять синюю краску, то из общего цвета начнем вычитать всё «несинее». При этом, чем больше краски мы наносим, тем темнее результат, так как тем меньше света отражается от бумаги. В аддитивной модели как раз наоборот – чем больше света попадает в глаз, там ярче цвет.
Широко используюемая схема – четырехцветная CMYK, в которой базовыми цветами служат голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), жёлтый (Yellow) и чёрный (Key). В идеале смесь первых трех в равной пропорции должна давать чёрный цвет, но на практике это обычно оттенки тёмнокоричневого, поэтому отдельно используется чёрная краска. Как и любая трёхцветная модель, CMYK не может покрыть всё цветовое пространство.
Какого цвета звезды?
Теперь отвлечемся от смешивания красок и разберёмся, почему же нет зелёных звезд.
Спектр излучения любого нагретого тела можно описать законом, открытым Максом Планком в 1900 году и названным в его честь. Этот закон сформулирован для абсолютно чёрного тела – объекта, который поглощает всё падающее на него излучение во всех диапазонах. При этом это самое тело излучает энергию, и спектр излучения зависит только от температуры тела. Хотя абсолютно чёрных тел не существует, любое реальное тело можно описать этим же самым законом с введением «коэффициента черноты» (это очень удобно, т.к. он равен коэффициенту поглощения, см. закон Кирхгофа).
На рисунке ниже приведены спектры излучения для чёрного тела, нагретого до разной температуры (в Кельвинах, но отнимать 273 каждый раз необязательно, нам важна суть, а не точные числа):
Если измерить солнечный спектр за пределами нашей атмосферы (жёлтый на картинке ниже), то он очень хорошо накладывается на спектр излучения абсолютно черного тела с температурой 5777К (5500 С).
Отклонение от идеального спектра вызвано строением солнечной фотосферы – её газы поглощают часть излучения, которое идет из более низких слоёв. Эти линии поглощения называются Фраунгоферовыми линиями (на той же картинке справа).
Вот ещё одна очень красивая картинка с полным спектром Солнца (спектр нарезан на строки, чтобы не рисовать одну очень длинную полосу). Хорошо видны линии поглощения:
У поверхности Земли солнечный спектр ещё больше погрызен: при прохождении света через атмосферу из него «отнялись» полосы поглощения воды, кислорода, озона и углекислого газа:
На графике выше видно, что в видимом спектре (400-700нм) сильных полос поглощения нет, и максимум светимости приходится на диапазон длин волн в 500-550 нм – т.е. на зелёную часть спектра. Но ведь мы не видим Солнце зелёным!
Как мы уже разбирались в первой части статьи – для определения цвета важна не просто длина волны с максимальной интенсивностью, но и интенсивность света во всём видимом диапазоне. Если сравнить солнечный спектр с кривой чувствительности колбочек, то видно, что Солнце активирует все колбочки, причём во всю ширину их диапазона. Суммарный сигнал дает нам жёлтовато-белый солнечный свет.
Такой же расчёт (и эксперимент) можно проделать и для тел, нагретых до любой другой температуры. Результат представлен на картинке ниже:
Это не спектр нагретого тела, а именно цвет, который мы воспринимаем нашими глазами – т.е. это уже обработанный мозгом сигнал трёх видов колбочек.
Все возможные цвета для нагретого абсолютно черного тела можно показать на графике цветового пространства (полноценного, т.е. CIE 1931). Все эти цвета будут лежать на кривой, называемой Планковским локусом (Планковским местом точек):
Из графика видно, что при повышении температуры тела, в том числе и звезды, выше 6000 К, мы будем воспринимать его, как голубоватое. При понижении – как жёлтое. При температуре ниже 2500 К цвет станет оранжевым, ещё ниже – красным. Планковский локус лежит в стороне от зелёных оттенков (как и от розовых и темно-синих) – это значит что мы своими глазами не можем видеть нагретое тело зелёным при любой температуре этого тела – от нуля до бесконечности.
Есть ещё несколько нюансов: при описании цвета нагретых объектов мы говорим о непрерывном спектре. В нашей повседневной жизни непрерывным спектром излучения обладают только Солнце (и другие звёзды) и нагретые детали, в том числе и разогретые спирали ламп накаливания. А вот спектры отражённого света почти никогда не бывают сплошными (кроме белых или серых объектов). Все воспринимаемые нами цвета в окружающем мире – это именно «рваные» спектры. Иногда это всего несколько узких спектральных линий, а иногда несколько широких (например, в экранах телефонов).
С проблемой несплошного спектра освещения вы точно сталкивались при использовании газоразрядных или недорогих светодиодных ламп. В их свете многие цвета становятся неестественными или совсем неразличимы, так как в спектре этих ламп отсутствует значительная часть солнечного спектра. В современных светодиодных лампах это решается правильно подобранными люминофорными покрытиями, которые поглощают свет от светодиода и перезлучают его уже широким спектром.
Бонусом еще немного интересного о цветовосприятии.
Если изображение на сетчатке остается неподвижным, то оно «исчезнет» через несколько секунд. Это было доказано с помощью следующего опыта. Человек с зафиксированным глазом изначально видит изображение красного и зелёного полей (верхний ряд на картинке ниже):
Через несколько секунд изображение перестаёт им восприниматься. Если после этого добавить светлосиний свет в оба поля – то подопытный видит оба поля как светлосиние. Через несколько секунд и это изображение перестаёт восприниматься. Теперь, если выключить голубой свет, то человек снова увидит красное и зелёное поля на несколько секунд.
Это доказывает то, что мы видим только в момент смены изображения на сетчатке. Если же изображение не меняется (или не двигается), то оно исчезает из нашего восприятия. Именно поэтому наш глаз постоянно совершает микродвижения – тремор (эллиптические движения частотой 250Гц с амплитудой в 30 секунд дуги) и саккады (рывки продолжительностью в 10-20мс и амплитудой от 2 до 50 минут дуги).
Может ли человек увидеть одиночный фотон?
Эксперимент по определению минимального количество фотонов, необходимых, чтобы вызвать визуальный эффект, был проведён в 1942 году (Hecht et al., 1942). Подопытных людей оставляли в темноте на 30 минут для достижения оптимальной чувствительности к свету. Источник света располагался так, чтобы свет подал в область сетчатки с максимальной концентрацией палочек.
В результате оказалось, что нужно от 54 до 148 фотонов для того, чтобы вызвать отклик. С учётом отражения от роговицы (4%), поглощения внутриглазной жидкостью (50%), а также фотонов, прошедших сквозь сетчатку без поглощения палочками (80%), определили, что только от 5 до 14 фотонов были поглощены. С учетом того, что на освещённом участке сетчатки находилось около 500 палочек, маловероятно, что хоть одна палочка поглотила больше одного фотона. Т.е. палочка даёт отклик на одиночный фотон, но одной палочки с таким сигналом недостаточно – одиночный фотон должны поглотить от пяти до четырнадцати палочек для появления визуального эффекта.
На сегодня всё. Как-нибудь я еще напишу о невозможных цветах.
Ещё немного о цветах можно почитать в посте Как устроена радуга
Задавайте вопросы и пишите свои уточнения в комментариях.
В статье использованы материалы из следующих источников:
Webvision: the organization of the retina and visual system, H Kolb, E Fernandez, R Nelson