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Augen - sehen in der Nacht

Augen - sehen in der Nacht. AGL Höck 3. März 2008 Roland Stalder. Bereits vor den ersten Fotographien wurden durch‘s Teleskop Zeichnungen von Deep Sky Objekten gemacht: – was wurde wahrgenommen ?. Bereits vor den ersten Fotographien wurden durch‘s Teleskop Zeichnungen von

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Augen - sehen in der Nacht

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Presentation Transcript

  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. 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 ISBN 9780747578055 Jahrgang 2007, 322 Seiten

  12. Verwendete Bücher ISBN 0 19 8575645 Jahrgang 2002, 221 Seiten ISBN 3-922508-92-8 Jahrgang 1989, 238 Seiten

  13. Verwendete Bücher ISBN 0-323-01136-5 Jahrgang 2003, 876 Seiten ISBN 0-333-45860-5 Jahrgang 1990, 830 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 • http://clarkvision.com/visastro/omva1/ • Visual Observing and Physiology of the Eye, http://stjarnhimlen.se/comp/radfaq.html • Und weitere webquellen...

  15. ein biologischer Lichtsensor

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

  17. Augenvarianten bei Tieren ...

  18. Augenvarianten bei Tieren ...Die Naturhat alles erfunden...z.T. mehrmalsseit 540 Mio.Jahren gibtes 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 Facettenaugenhätten wie eine Biene...

  22. Ein interessantes TieraugeKammmuscheln haben Augen mitKugelspiegel und Korrektor-“Platte“ (vergl. Schmidt-Astrokamera !)

  23. relative Lichtempfindlichkeiten(geometrisch aus Pupille und Sensorgrösse) Cirolana (Assel, Tiefsee) 4200 Dinopis (Spinne, Nacht) 101 Mistkäfer (Nacht) 31 Mensch (Nacht) 18 Mistkäfer (Tag) 0.35 Arbeitsbiene (Tag) 0.32 Phidippus (Springspinne, Tag) 0.04 Mensch (Tag) 0.01

  24. Sehschärfe (Winkelgrad) Adler (Tag) 0.007 G Mensch (Tag) 0.014 G Katze 0.1 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. candela m2 Photonen mm2 sr sec mag arcsec2 Wasser-tiefe (m) 108 sonniger Tag 2 104 0 bedeckter Tag 106 7 102 Raumlicht 200 104 12 1 Strassenlicht 102 Mondlicht 17 10-2 400 1 Deep-Sky Himmel 22 10-4 600 10-2 Reizschwelle Auge 27 10-6 Sonnenoberfläche: 1.6*109 cd/m2 Leuchtdichteskalen

  28. Leuchtdichte: 1 Photon / (mm2 sterad sec) Umrechung auf Auge in der Nacht: 7mm Pupillendurchmesser (= 3.8*107mm2) 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. Anzahl Photonen bei Deep-Sky (21.7 mag/arcsec2)

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

  30. 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. LICHT NetzhautZeichnung Erste „Bildverabeitung“ erfolgt bereits in der Netzhaut, durch diverse Schichten Nervenzellen

  36. 2 mm LICHT NetzhautRasterelektronen-mikroskop (REM)

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

  38. „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: & RegenerationBleichung (Dunkeladaptation) Nach 1 Sek „Belichtungszeit“ durcheine Pupille mit 7mm Durchmesser resultiert folgender Bleichungsgrad: Licht-Quelle cd/m2 gebleicht Sonnenscheibe (im Zenit) 1.6 Mia. (100%) (am Horizont) 600000 96.6 % Na-Dampflampe 400000 89.6 % 60W Birne 120000 49.3 % Kerzenflamme 20000 10.7 % Venus 15000 8.1 % Vollmond 6000 3.3 % Mars 4000 2.2 % Jupiter 800 0.45% LCD Monitor 300 0.17% 100 0.06% Rushton 1972

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

  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-EmpfindlichkeitFlugreisen... ...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 SehsinnesAuge: 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)

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