Много интереснейших явлений раскрывает перед нами природа, когда мы близко соприкасаемся с ней в наших туристических походах, путешествиях, прогулках, экспедициях.
Наблюдение природы связано с некоторыми особенностями, свойственными, с одной стороны, самой природе, а с другой — человеческому организму.
Познакомимся с некоторыми из этих особенностей, знание которых может упростить восприятие предметов и явлений природы и способствовать лучшему ориентированию на местности.
Различают два вида восприятий: невольные, возникающие помимо нашего желания, и сложные волевые восприятия, направляемые нашей волей и желанием в соответствии с теми целями, которые мы перед собой ставим.
В процессе узнавания предметов значительную роль играет воображение наблюдателя, его способность «дорисовать» предмет наблюдения.
Воспринятые нами ранее предметы и явления запечатлеваются в памяти, и мы можем воспроизводить их в воображении. Так, разговаривая по междугороднему телефону со знакомым человеком, мы хорошо представляем себе его лицо. Иногда при восприятии предмета разные органы чувств как бы заменяют друг друга. Например, не видя вороны, а слыша карканье, мы благодаря предыдущему опыту мысленно представляем ее вид, цвет оперения и т. д.
В многообразии человеческих восприятий большое значение имеют зрительные ощущения — световые, цветовые, пространственные, которых насчитывается до 35 ООО видов, и слуховые — звуковая окраска, шумы и тона, их около 20 000 видов. Роль некоторых видов восприятий в определенных условиях сильно возрастает. Примером могут служить восприятия равновесия и положения тела в пространстве, имеющие большое значение в мореплавании, альпинизме, авиации, или осязательно-двигательные ощущения прикосновения, связанные с движением ног, рук и пальцев, если человек находится в полной темноте.
Пространство, охватываемое неподвижным глазом, называется полем зрения. Поле зрения ограничено пределами 120° по вертикали и 150° по горизонтали (рис. 9). Благодаря подвижности глаз наше поле зрения несравненно обширнее и охватывает большое пространство.
Человек зрительно воспринимает глубину пространства на расстоянии около 500 м. Дальше предметы сливаются (так как практически оси глаз параллельны), и о том, какой из них расположен ближе и какой дальше, человек уже судит, сопоставляя частичное прикрытие одного предмета другим, форму и величину теней, расплывчатость очертаний дальних предметов.
Угол, образуемый направлениями световых лучей от крайних точек рассматриваемого предмета к оптическому центру глаза наблюдателя, называется углом зрения, угловой величиной или угловым размером предмета (рис. 10). Кажущиеся размеры рассматриваемого предмета зависят от расстояния его до наблюдателя: чем дальше расположен предмет, тем он выглядит ниже и уже.
Любой предмет, удаленный от глаза наблюдателя на расстояние, в 57,3 раза большее своей величины (а), виден под углом зрения в 1°, а при угле зрения в дуговую минуту, или 1°: 60, т. е. когда предмет удален на расстояние, в 3438 раз (57,3 X 60) большее своей величины, он перестает различаться глазом (рис. 11). Человек может видеть отчетливо только тогда, когда угол зрения его глаза не менее 3°.
По мере подъема видимый горизонт равномерно расширяется во все стороны. Предел видимости, или математический горизонт, определяется по следующей формуле: Д=|/ 2 X Р X В, где Д — дальность горизонта, Р — радиус Земли (округленно — 6400 км) и
В — высота наблюдателя. Отсюда следует: чтобы увидеть в 2 раза дальше, надо подняться приблизительно в 4 раза ёышо.
Формулу можно упростить, если извлечь корень из величины радиуса Земли и из 2, тогда она примет следующий вид: Д = 113 ~/~ В.
Пример. Для плывущего человека, глаза которого находятся на высоте 20 см (0,0002 км) над спокойной поверхностью воды, Д = 113]/^ 0,0002 = 1,6 км.
Для человека среднего роста, стоящего на ровной местности (высота его глаз над поверхностью равна 1,6 м, или 0,0016 км), Д = 4,6 км.
Если учитывать рефракцию *, которая увеличивает дальность видимости на 6%, Д = 4,77 км.
| * Рефракция — преломление световых лучей эемной атмосферой, вследствие чего становятся видимыми предметы, находящиеся в действительности аа горизонтом. |
Зачастую наблюдателю недостаточно увидеть вдали какое-либо пятно или тень, а надо разглядеть детали предмета и узнать его. Способность лучше или хуже различать удаленные предметы зависит от остроты зрения.
Остротой зрения, или, иначе, разрешающей силой, глаза называется способность глаза раздельно воспринимать предметы, расположенные на близком расстоянии один от другого, четко различать их детали.
Любопытным было в древности испытание остроты зрения у арабских воинов. На этом своеобразном экзамене требовалось ясно различать простым глазом на небе звезду Суха, или Алькор, расположенную рядом со звездой Мицар в созвездии Большая Медведица (рис. 12).
В темноте человек может видеть пламя свечи на расстоянии более километра. Острота его зрения ночью такая же, как у совы, но в 4 раза хуже, чем у кошки. Зато днем зрение кошки в 5 раз слабее, чем у человека.
Для каждого человека существует граница естественного зрения, и вы сами можете ее определить. На листе белой бумаги начертите прямоугольник со сторонами 4,1 и 5 см, в нем прочертите черной тушью 20 параллельных линий в 1 мм толщиной каждая с такими же просветами между ними (рис. 13).
Повесьте этот лист на освещенной стене примерно на высоте глаз так, чтобы линии располагались горизонтально. Встаньте лицом к листу, а затем, закрыв один глаз, отходите от стены до тех пор, пока линии не сольются в сплошной темный фон. Измерьте расстояние от себя до стены и вычислите, какова острота вашего зрения.
Например, линии сливаются для правого глаза на расстоянии 3 м. Известно, что на расстоянии 57,3 мм линия в 1 мм ширины видна под углом 1°, или 60′. Значит, на расстоянии 3 м (3000 мм) она видна под углом А, который определяется из следующей пропорции: А : 60 = 57,3 : 3000, следовательно, А = 1,14′. Острота зрения правого глаза 1 : 1,14 = 0,8, т. е. ниже нормальной (за единицу принимается острота нормального зрения). Так же можно определить остроту зрения левого глаза или обоих сразу.
Оценивая видимость предметов, необходимо учитывать некоторые правила и условия наблюдения, главные из которых следующие: дальние предметы представляются обыкновенно менее ясными, чем ближние, они видны как бы сквозь дымку; крупные предметы кажутся ближе, чем мелкие; на одном и том же расстоянии лежащий человек кажется дальше, чем когда он стоит; поваленное дерево кажется более длинным, чем на корню.
Человеческий глаз точнее определяет величину предметов, расположенных на его уровне, чем находящихся выше. Расстояния могут казаться гораздо короче действительных, особенно в тех случаях, когда приходится их оценивать через открытые водные пространства. Противоположный берег реки или озера кажется всегда ближе его действительного положения.
Долина или река с крутого берега кажется менее широкой, чем с пологого. Расстояния на пространствах, покрытых снегом, также искажаются. При взгляде снизу вверх, из долины на вершину горы, предметы кажутся ближе, чем при наблюдении сверху вниз. От подошвы гора выглядит менее крутой, чем в действительности.
Наблюдая предметы одинаковой высоты, расположенные на одной линии, мы видим их уменьшающимися по мере отдаления, причем линия, проходящая по их верхушкам, будет казаться наклонной к горизонту, а линия, лежащая на уровне нашего глаза, останется горизонтальной. Если мы влезем на дерево, то получится обратное явление: линия вершин останется горизонтальной, а линия оснований стволов покажется наклонной.
Ряд одинаковых по высоте (телеграфные столбы) или по длине (шпалы) предметов, располагающихся от наблюдателя в глубь поля зрения, кажутся ему рядом постепенно уменьшающихся по высоте или по длине предметов.
При восприятии движения могут быть два случая: наблюдатель неподвижен или он сам перемещается. Из повседневного опыта каждому известно, что видимые из окна идущего поезда деревья и дома кажутся движущимися навстречу наблюдателю.
Наблюдая природу, изучая взаимосвязь явлений, человек издавна сознавал решающее значение Солнца для жизни на Земле. Вращение Земли вокруг оси обусловливает смену дня и ночи, изменение освещенности в течение суток, которое характеризуется следующей последовательностью: дневные часы — высокая освещенность, вечерние сумерки — постепенное наступление темноты, ночные часы — очень низкая освещенность и рассвет — постепенное ее увеличение.
Продолжительность дня и ночи летом и зимой на разных географических широтах неодинакова. Например, в северном полушарии она характеризуется следующей таблицей:
В южном полушарии наблюдается то же самое. Длительная эволюция выработала у глаза способность адаптации — постепенного приспособления к смене дневной и ночной освещенности. В темноте глаза человека во много раз чувствительнее к слабому свету. В них накапливается особое вещество, так называемый зрительный пурпур, который улучшает восприятие слабо освещенных предметов. На ярком свете большая часть зрительного пурпура разрушается, и для его полного восстановления (в темноте) требуется около часа. Поэтому перед началом ночного похода не рекомендуется смотреть на яркую лампу или костер.
В сумерки и ночью ухудшается способность ориентироваться: падает контрастная чувствительность, уменьшается острота зрения, выпадают цветовые восприятия, ухудшается узнавание предмета и т. п.
В настоящее время началом вечерних астрономических сумерек считается тот момент, когда солнце опустилось под горизонт на 18°. С этого момента на безоблачном и безлунном небе для невооруженного глаза становятся видимыми слабые звезды 6-й величины.
От астрономических сумерек отличают гражданские, в момент начала которых солнце ниже горизонта на 7°. В это время становятся видимыми наиболее яркие звезды.
На экваторе гражданские сумерки длятся 24 минуты, на полюсе они достигают 15—16 суток. В Ленинграде астрономические сумерки продолжаются всю ночь с середины апреля до середины августа (белые ночи), что образно отражено в поэме А. С. Пушкина «Медный всадник»:
С широты 67° 24′ начинается область полярных ночей, где зимой заря с зарей сливается через полдень, а не через полночь.
Продолжительность сплошных сумерек характеризует следующая таблица:
В обстановке белых ночей и незаходящего солнца человек чувствует себя непривычно. Теряется представление о дне и ночи, и первое время новички долго не спят, ожидая темноты, которая не наступает.
Ярко освещенные и светящиеся предметы (например, свет автомобильной фары) ночью кажутся нам всегда ближе их действительного положения.
Степень видимости удаленных предметов обусловливается их контрастом * на окружающем фоне.
Яркость предмета зависит не только от его освещенности, но и от отражательной способности его поверхности, которая для разных поверхностей весьма различна.
Если бы поверхность, на которую воздействует солнечная радиация, была абсолютно черной, то она практически поглощала бы всю радиацию, но в природе такой поверхности нет. Поэтому при изучении местности необходимо учитывать отражательную способность наблюдаемых поверхностей: воды, зеленой травы, песка, снега и т. п. (рис. 14).
Так как отражательная способность тел различна, то даже на местности, освещенной равномерно, предметы оказываются неодинаковыми по своей яркости, а следовательно, и по величине контраста с окружающим фоном. Величина же контраста определяет различимость предмета.
Глаз может отличить предмет от фона лишь в случае достаточной контрастности, что зависит от так называемой контрастной чувствительности глаза, которая при нормальных, дневных условиях освещения составляет в среднем около 0,02 (разность между яркостью предмета и яркостью фона). Следовательно, глаз отличает предмет от фона при контрасте в 2%.
Яркость удаленных предметов оценивается путем сравнения с близким предметом и фоном неба на горизонте по десятибалльной шкале.
Дальность видимости абсолютно черного предмета больших размеров на фоне неба у горизонта принято называть иллюстративной дальностью видимости. Для ее определения надо расстояние до далекого предмета, измеренное по плану местности или карте, умножить на число, соответствующее оценочному баллу. Например, расстояние до далекого леса — 7,4 км, а его яркость оценена баллом 4. Отсюда иллюстративная дальность видимости равна 7,4 X 8,3 (см. таблицу), т. е. = 61,42 км.
Сильно контрастирующие земные ориентиры видны издалека (белое здание на фоне зеленого луга), а предметы с малым контрастом относительно окружающей местности плохо видны даже на малых расстояниях. Чем светлее фон, на котором рассматривается предмет, тем он кажется ближе (кирпичный дом на фоне неба кажется ближе, чем кирпичный дом, за которым расположен лес или горы).
На темном фоне луга или леса человек едва виден за 3 км или совсем неразличим, а на вершине горы его видно на очень большом расстоянии.
Когда наблюдатель смотрит на предмет, стоя лицом к солнцу, то определенное им расстояние оказывается меньше, а когда солнце сзади — то больше действительного.
Предметы, окрашенные в яркие цвета (белый, желтый, красный), видны яснее и кажутся ближе, чем окрашенные в темные цвета (черный, синий, коричневый), особенно когда контраст между цветом предмета и цветом фона резкий.
Цветовое различие зависит от длины и частоты световых волн. Луч света — это электромагнитные волны, которые мы воспринимаем только в пределах от 0,40 до 0,76 микрона (мк) * длины. Длина световых волн видимой части солнечного спектра изменяется в очень узких границах, всего в Уз мк, в пределах которой заключен богатейший мир, сверкающий великолепием множества красок и оттенков.
| * Микрон (мк) — тысячная часть миллиметра. |
На севере и юге, под тропиками и знойным экватором, в лесу, в саду, на огороде — всюду разнообразию окраски и оттенков цветов, ягод, овощей, грибов и плодов неизменно сопутствует жизнедеятельная зелень листьев и травы.
Глаз человека способен различать до 150 оттенков цвета. Максимум цветовой различимости приходится на зеленые и желтые лучи с длиной волны 0,56 мк.
Условия видимости в значительной степени зависят от прозрачности атмосферы.
Главная причина помутнения воздуха и возникновения туманов — сгущение водяного пара и насыщенность воздуха пылью и газами. Чем больше мутность атмосферы, тем хуже видны отдаленные предметы и тем короче расстояние, на котором их удается рассмотреть. При тумане видимость уменьшается до полного исчезновения предмета из поля зрения. Светлая мутная пелена атмосферы называется воздушной дымкой. Она тоже уменьшает дальность видимости. Помутнение воздуха и ухудшение видимости, вызванные запыленностью или задымленностью воздуха, принято называть мглой. В общем, какую бы природу ни имели появившиеся в атмосфере частицы, они всегда уменьшают ее прозрачность, и тем сильнее, чем их больше и чем они крупнее.
При малой видимости на морях и реках вместо обычных знаков ограждения принято включать сирены и другие звуковые сигналы, извещающие судоводителей об опасности; на железных дорогах на рельсы кладут петарды, которые взрываются при прохождении поезда, предупреждая машиниста о необходимости снижения скорости; на аэродромах прекращают прием и отправку самолетов и т. п.
Исторический пример знаменитого Ютландского боя 31 мая 1916 года между английским «Большим флотом» и немецким «Флотом открытого моря» наглядно показывает значение видимости.
Английский флот, несмотря на громадное численное превосходство, понес серьезные потери. По мнению исследователей боя, причина этого состояла исключительно в разных условиях видимости в западном (безоблачное, ясное небо) и восточном (дождь и туман) направлениях.
Английский адмирал Битти так описывает первую фазу боя: «Силуэты наших кораблей резко выделялись на ясном небе в западном направлении, тогда как противник был по большей части скрыт от нас туманом… обнаруживая себя лишь вспышками выстрелов и появляясь иногда в моменты прояснений» *.
Нередко нам приходится наблюдать в условиях очень плохой видимости. В густых туманах видимость снижается из-за того, что при малых яркостях предмета и фона контрастная чувствительность глаза ухудшается.
Капли тумана рассеивают свет в разных направлениях, но преимущественно в направлении падения света вперед. Разница в силе светорассеяния может быть очень большой, что можно использовать при наблюдении. Чаще всего мы наблюдаем за местностью, которая освещается естественным светом. Яркость тумана, снижающая контраст, образуется рассеянием света туманом. Учитывая это, и при низкой освещенности иногда можно создавать более или менее благоприятные условия наблюдения.
Допустим, что на местности в районе пункта А должен появиться человек (рис. 15). Предположим, что мы можем пбставить наблюдателя либо в точке В, либо в точке С под холмом. Если солнце светит справа (левая подошва холма находится в тени) и наблюдения ведутся в условиях тумана или дымки, то пункт С более выгоден для наблюдателя, так как пространство между А и С не освещается прямыми солнечными лучами. Поэтому здесь в тени яркость тумана будет мала и, следовательно, контраст будет больше. Из точки С наблюдателю легче увидеть появление человека в пункте А.
Такие же условия создаются вдоль опушки леса и т. д.
Когда местность не позволяет использовать затененное пространство и приходится наблюдать в совершенно открытом районе, то следует правильно расположиться относительно солнца. Если солнечные лучи идут справа и нужно держать под наблюдением пункт А, то выгоднее для улучшепия видимости сквозь туман расположиться не в пункте В, а в пункте С, так как для наблюдателя, находящегося в пункте В, яркость тумана будет больше, чем для находящегося в пункте С.
Ограниченность остроты зрения и большая зависимость ее от освещения, недостаточная контрастная чувствительность, неспособность различать цвета в условиях низкой освещенности, весьма несовершенное восприятие очень быстрых движений, значительные ошибки в «дальнем» глазомере и в определении направления звуков — таков далеко не полный перечень дефектов наших зрительных и слуховых восприятий.
Для их преодоления человек изучает методы, расширяющие сферу действенности наших органов чувств. Немалое значение в них имеет ориентирование, тесно связанное с многообразной деятельностью человека. Необходимо всегда и везде пополнять свой личный опыт, упорно учиться искусству видеть, проявлять любознательность и пытливость, интересоваться каждым явлением, выясняя, чем оно может быть интересным и практически полезным.
