Видимый спектр

Видимый спектр – это часть электромагнитного спектра, видимая человеческому глазу. Электромагнитное излучение в этом диапазоне длин волн называется видимым светом или просто светом. Типичный человеческий глаз будет реагировать на длины волн от 390 до 700 нм. По частоте это соответствует полосе в окрестности 430-770 ТГц.

Однако спектр не содержит всех цветов, которые могут отличить человеческие глаза и мозг. Ненасыщенные цвета, такие как розовые или пурпурные вариации, такие как пурпурный, отсутствуют, например, потому что они могут быть сделаны только путем сочетания нескольких длин волн. Цвета, содержащие только одну длину волны, также называются чистыми цветами или спектральными цветами.

Видимые длины волн проходят через «оптическое окно», область электромагнитного спектра, которая позволяет пропускать длины волн в значительной степени без аттенюации через атмосферу Земли. Примером этого явления является то, что чистый воздух рассеивает голубой свет больше, чем красные длины волны, и поэтому полуденное небо кажется синим. Оптическое окно также называется «видимым окном», потому что оно перекрывает спектр видимого спектра человека. Окно ближней инфракрасной области (NIR) находится только из человеческого зрения, а также окна средней длины волны ИК (MWIR) и окна с длинной длиной волны или дальнего инфракрасного (LWIR или FIR), хотя другие животные могут испытывать их.

история
В 13-ом столетии Роджер Бэкон предположил, что радуга была произведена аналогичным способом прохождения света через стекло или кристалл.

В 17 веке Исаак Ньютон обнаружил, что призмы могли разобрать и собрать белый свет, и описал это явление в своей книге «Оптики». Он первым применил спектр слов (латынь для «внешнего вида» или «призрака») в этом смысле в печати в 1671 году при описании своих экспериментов в оптике. Ньютон заметил, что, когда узкий луч солнечного света ударяет по лицу стеклянной призмы под углом, некоторые отражаются, а часть пучка проходит в стекло и через него, образуя разноцветные полосы. Ньютон предполагаемый свет должен состоять из «корпускул» (разных частиц) разных цветов, причем разные цвета света движутся с разной скоростью в прозрачной материи, красный свет движутся быстрее, чем фиолетовый в стекле. В результате красный свет изогнут (преломляется) менее резко, чем фиолетовый, когда он проходит через призму, создавая спектр цветов.

Ньютон разделили спектр на семь названных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Он выбрал семь цветов из веры, полученной от древнегреческих софистов, о связи между цветами, музыкальными нотами, известными объектами в солнечной системе и днями недели. Человеческий глаз относительно нечувствителен к частотам индиго, а некоторые люди, у которых иначе хорошее видение, не могут отличить индиго от синего и фиолетового. По этой причине некоторые более поздние комментаторы, включая Исаака Азимова, предположили, что индиго не следует рассматривать как цвет в своем собственном праве, а просто как оттенок синего или фиолетового. Однако данные свидетельствуют о том, что Ньютон означаемое «индиго» и «синим», не соответствует современным значениям тех цветных слов. Сравнение наблюдений Ньютона призматических цветов с цветным изображением спектра видимого света показывает, что «индиго» соответствует тому, что сегодня называют синим, тогда как «синий» соответствует голубому.

В 18 веке Гете писал о оптических спектрах в «Теории цветов». Гёте использовал спектр слов (Spektrum) для обозначения призрачного оптического слепого изображения, как и Шопенгауэр в On Vision и Colors. Гёте утверждал, что непрерывный спектр является сложным явлением. где Ньютон сузил лучи света, чтобы изолировать явление, Гёте заметил, что более широкая апертура производит не спектр, а скорее красновато-желтые и сине-голубые края с белым между ними. Спектр появляется только тогда, когда эти края достаточно близки к перекрытию.

В начале 19 века концепция видимого спектра стала более определенной, поскольку свет вне видимого диапазона был обнаружен и охарактеризован Уильямом Гершелем (инфракрасным) и Иоганном Вильгельмом Риттером (ультрафиолетом), Томасом Яном, Томасом Иоганном Зеебеком и другими. Янг был первым, кто измерил длины волн разных цветов света, в 1802 году.

Связь между видимым спектром и цветным зрением была исследована Томасом Яном и Германом фон Гельмгольцем в начале 19 века. Их теория цветового зрения правильно предположила, что глаз использует три разных рецептора для восприятия цвета.

Зрение животных
Многие виды могут видеть свет внутри частот вне человеческого «видимого спектра». Пчелы и многие другие насекомые могут обнаружить ультрафиолетовое излучение, которое помогает им находить нектар в цветах. Виды растений, которые зависят от опыления насекомых, могут быть связаны с репродуктивным успехом их появления в ультрафиолетовом свете, а не с красочными людьми. Птицы также могут видеть в ультрафиолете (300-400 нм), а некоторые имеют сексуальную маркировку на своем оперении, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне. Однако многие животные, которые могут видеть в ультрафиолетовом диапазоне, не могут видеть красный свет или любые другие красноватые волны. Видимый спектр пчел заканчивается около 590 нм, как раз перед началом оранжевой волны. Птицы, однако, могут видеть некоторые красные длины волн, хотя и не так далеко от спектра света, как люди. Популярное мнение, что обычная золотая рыбка является единственным животным, которое может видеть как инфракрасный, так и ультрафиолетовый свет неверно, потому что золотая рыбка не может видеть инфракрасный свет. Точно так же собаки часто считаются цветными слепыми, но они, как было показано, чувствительны к цветам, хотя и не так много, как люди.

Спектральные цвета
Цвета, которые могут быть получены видимым светом узкой полосы длин волн (монохроматический свет), называются чистыми спектральными цветами. Различные цветовые диапазоны, указанные на рисунке, являются приблизительными: спектр непрерывный, без четких границ между одним цветом и следующим.

спектроскопия
Спектроскопия – это исследование объектов, основанных на спектре цвета, который они излучают, поглощают или отражают. Спектроскопия – важный исследовательский инструмент в астрономии, где ученые используют его для анализа свойств отдаленных объектов. Как правило, астрономическая спектроскопия использует высокодисперсные дифракционные решетки для наблюдения спектров при очень высоких спектральных разрешениях. Гелий был впервые обнаружен при анализе спектра Солнца. Химические элементы могут быть обнаружены в астрономических объектах эмиссионными линиями и линиями поглощения.

Смещение спектральных линий можно использовать для измерения допплеровского сдвига (красного смещения или синего сдвига) удаленных объектов.

Цветной спектр
Цветные дисплеи (например, компьютерные мониторы и телевизоры) не могут воспроизводить все цвета, видимые человеческим глазом. Цвета вне цветовой гаммы устройства, такие как большинство спектральных цветов, могут быть только приблизительными. Для точной цветопередачи спектр можно проецировать на однородное серое поле. Получающиеся смешанные цвета могут иметь неотрицательные координаты R, G, B и поэтому могут быть воспроизведены без искажений. Это точно имитирует просмотр спектра на сером фоне.