העין האנושית לעומת הטלסקופ

האתגר

הטלסקופ שאתם עומדים להפעיל הוא מכשיר רב עוצמה, וכך גם העין שלכם.

בפעילות זו עליכם להשוות בין הביצועים של העיניים שלכם לבין הטלסקופ הרובוטי או טלסקופ רגיל שעומד לרשותכם. ישנם נושאים שבהם העיניים שלכם טובות מהטלסקופ, אך ישנם גם נושאים שבהם הטלסקופ טוב יותר.

כאשר תשלימו את המשימה תוכלו לדעת לאיזה ביצועים ניתן לצפות מהטלסקופ. הקפידו לרשום את התוצאות בדפי המידע.

 

מהם הרעיונות שלכם לגבי טלסקופים ועיניים

באילו נושאים הטלסקופ דומה לעיניים שלכם? חישבו על הנושאים הבאים: כיצד מגיע האור לעין או לטלסקופ? כיצד מתקבלת

התמונה? מהי הרגישות לאור? כיצד התמונה נשמרת או מפוענחת?

________________________________________________

אילו שאלות עולות בדעתכם ביחס לטלסקופ? ביחס לדרך שבה עיניכם פועלות?

________________________________________________

________________________________________________

העיניים והטלסקופ דומים בהיבטים שונים שאולי לא חשבתם עליהם:

• לשניהם פתחים המאפשרים לאור להיכנס אליהם
• לשניהם יש מערכת אופטית המאפשרת למקד את האור הנכנס באמצעות עדשות או מראות.
• לעין ולטלסקופ יש מערכת חיישני אור. בעין מדובר בתאים רגישים לאור הנמצאים ברשתית. בטלסקופ מדובר בתאים הנמצאים בשבבי סילקון ורגישים לאור.

אם העין והטלסקופ כה דומים מדוע הטלסקופ חיוני כל כך?  נבחן דרכים שבהם תוכלו להשוות בין שניהם.

 

השוואה 1:  הפתח דרכו נכנס האור

מה גודל הפתח דרכו נכנס האור לעין שלנו?

זוהי מדידה פשוטה. תוכלו להתבונן באישון (עיגול שחור במרכז העין) שלכם באמצעות מראה, או בזה של חברכם.  תוכלו להשוות את גודל האישון שלכם לעיגולים המופעים באיור. אל תמדוד את גודל האישון ישירות אלא רק את גודל העיגול המתאים לאישון.

יש לזכור כי גודל האישון משתנה בהתאם לתנאי התאורה.

השוו את גודל האישון לאחר העיגולים הבאים.             

לאחר שתחליטו מהו גודל האישון הגדול ביותר רשמו את התוצאה ______ מ"מ

 

דיון:

לטלסקופ הרובוטי כנרת יש מפתח שגודלו 28 ס"מ.  פי כמה רחב מפתח הטלסקופ מקוטר האישון?

___________________________________________________________________________

פי כמה אור יכול להיכנס אל הטלסקופ בהשוואה לכמות האור שיכולה להיכנס את אישון העין?

___________________________________________________________________________

 

השוואה 2:  זמן החשיפה

האם לעין יש צמצם? אם כן באיזו מהירות הוא פועל?

מצלמות מסוגלות לצלם גופים בתנאי תאורה גרועים מפני שיש להם צמצם שניתן להשאיר אותו פתוח למשך זמן רב. בדרך זו נכנסת כמות אור גדולה למצלמה, כאשר הן קולטות את התמונה. אתם יכולים לשלוט על הזמן שבו יהיה הצמצם של מצלמת-הטלסקופ פתוח. תוכלו לקבוע את פרק הזמן בין 0.1 שניה לבין 60 שניות.

מה קורה בעין האנושית? לעין שלנו אין צמצם שניתן לשלוט על משך הזמן שבו הוא יהיה פתוח. אך לעין יש סוג של "זמן פתיחת צמצם". זהו פרק הזמן שבו מערכת העצבים האנושית קולטת תמונה, לפני שהיא משגרת אותה אל המוח. משך זמן זה תלוי במהירות הפעולה של תאי העצב, לפני שהם מאתחלים את עצמם ומוכנים לקלוט תמונה חדשה.

ניתן להעריך את משך הזמן הזה באמצעות ניסוי פשוט שבו תמדדו את "זמן התגובה" שלכם.

בקשו מחברכם שיחזיק סרגל בקצהו העליון סמוך לחריר, ואתם שימו את הקצה התחתון של הסרגל (סמוך לאפס)  בין האגודל לאצבע המורה, מבלי לנגוע בסרגל – כמתואר בתמונה משמאל.

החבר ישחרר את הסרגל, מבלי לרמוז לכם על כך מראש. עליכם לנסות לתפוס את הסרגל מהר ככל האפשר.  לאחר מכן תוכלו לרשום את מספר הסנטימטרים שחלפו בין שחרור הסרגל לבין הרגע שבו תפסתם אותו. חזרו על הניסוי שלוש פעמים ורשמו את הממוצע שקבלתם.

המרחק הממוצע (L) שעבר הסרגל עד שתפסתי אותו
____ ס"מ  =  _____  מטר = L

כדי לחשב את זמן התגובה שלכם (t) בשניות הציבו את התוצאה שקבלתם עבור L במטרים, בנוסחה הבאה:

t = (L/5)^0.5 = ______ sec

זמן התגובה שלי הוא ____ שניות

ניתן להעריך האם התוצאה שלכם נכונה אם תבדקו את מספר התמונות שמריץ סרט וידאו בכל שניה. הזמן שבו מופיע כל תמונה צריך להיות דומה לזמן התגובה שקבלתם, שהוא מתאים לזמן התגובה של מערכת הראיה שלנו.

 

דיון

זמן החשיפה המירבי של הטלסקופ הוא 60 שניות. במהלכו קולט הטלסקופ אור. השוו את זמן החשיפה הזה לזמן החשיפה של עיניכם. פי כמה גדול זמן החשיפה הטלסקופי מזמן החשיפה של העין?

__________________________________________________________________

כיצד משפיע עובדה זו על יכולתו של הטלסקופ לצפות בגופים חיוורים מאד בהשוואה לעין האנושית?

__________________________________________________________________

 

מדוע לא רצוי לאפשר לטלסקופ לצפות במשך זמן חשיפה ארוך ככל שנרצה? איזו מגרעת יש לזמן חשיפה ארוך מאד?

__________________________________________________________________

השוואה 3:  חדות של התמונה המתקבלת

מהו המרחק הגדול ביותר שבו ניתן עדיין לראות גוף מאיר?
נקבו שני נקבים זעירים בדף אלומיניום במרחק 4 מ"מ זה מזה. לאחר מכן האירו את דף האלומיניום באמצעות פנס. מהו המרחק הגדול ביותר שבו עדיין תוכלו לראות את האור הבוקע משני הנקבים, לפני שיהפכו לנקודת אור אחת?

ניתן לראות את שתי נקודות האור עד מרחק של ______ מטרים.

טלסקופ יכול להבחין בשתי נקודות אור שהמרחק ביניהן 4 מ"מ ממרחק של 300 מטרים.

פי כמה גדול המרחק שבו מבחין הטלסקופ בשתי הנקודות מהמרחק שבו אתם מצליחים להבין בהן באמצעות עיניכם?

___________________________________________________

מבחן השקל –  נסו תרגיל זה מחוץ לחדר הכיתה.  החזיקו בידכם מטבע של שקל והתרחקו מחבריכם, עד שלא יצליח להבחין במטבע. מהו המרחק הגדול ביותר שבו עדיין הצליח החבר להבחין במטבע?

­­­­­­­­­­­­_____________________ מטרים

הטלסקופ מצליח להבחין במטבע זה ממרחק של 1800 מטרים. פי כמה גדול המרחק שבו מבחין הטלסקופ במטבע השקל בהשוואה למרחק שהעין מזהה אותו?

__________________________________________________________________

 

השוואה 4: שדה הראיה

מהו גודל שדה הראיה שלך?

עד כה הטלסקופ הוביל בביצועיו ביחס לעין האנושית… אך כאן העין האנושית מובילה.

נסו זאת יחס עם שותף. התמקדו בנקודה הנמצאת לפניכם, שלחו את יד שמאל לפניכם, בכיוון הנקודה שבחרתם, כאשר האגודל כלפי מעלה. לאחר-מכן, הניעו לאט לאט את היד השמאלית שמאלה עד שהאגודל יצא מתחום הראיה שלכם. עליכם להקפיד לא להזיז את הראש שמאלה בזמן תנועת האגודל. כאשר האגודל עומד לצאת מתחום הראיה עצרו את תנועת היד ובקשו מחברכם למדוד את הזווית שבין הכיוון ההתחלתי של יד שמאל לבין הכיוון שבו נמצאה בקצה שדה הראיה.

חיזרו עתה על התהליך באמצעות יד ימין ומדידו את הזווית שבין הכיוון ההתחלתי לבין הכיוון שבו נמצאת יד ימין בקצה הימני של שדה הראיה. הזווית הכוללת מצד שמאל של שדה הראיה ועד הצד הימיני של שדה הראיה היא זווית שדה הראיה שלכם.

זווית שדה הראיה שלי היא___________ מעלות.

 

דיון

גודל שדה הראיה של הטלסקופ הרובוטי הוא לערך מעלה אחת. מה גודלו של שדה זה ביחס לגודלו של שדה הראיה שלך?

רצוי לשים לב לכך שקיימת פשרה בין חדות הראיה לבין גודל שדה הראיה. לטלסקופ שדה ראיה צר שנקלט במספר תאים (פיקסלים) במצלמה השווה בקרוב למספר תאי הראיה בעין שלך. בעוד שהעין שלך היא בעלת שדה ראיה רחב שנקלט ע"י אותו מספר חיישנים. כתוצאה מכך יכול הטלסקופ לזהות גופים קטנים הרבה יותר מאשר העין שלך, אבל רק בשדה ראיה קטן הרבה יותר.

מהו היתרון של שדה ראיה כה רחב שיש לעין האנושית?

__________________________________________________________________

 

השוואה 5:  צבע לעומת שחור לבן

האם אתם רואים צבעים או תמונות בגווני אפור?

אם אתם סבורים שאתם רואים רק תמונות צבעוניות מוטב שתחשבו שוב. חזרו על הניסוי של "שדה ראיה". אך הפעם שימו לב ליכולת שלכם להבחין בצבע של הגוף אותו אתם מחזיקים בידכם. מהו היחס בין גודל שדה הראיה שלכם כאשר אתם עוקבים אחר הצבע של הגוף לבין גודל שדה הראיה כאשר אתם עוקבים אחרי הגוף?

 

___________________________________________________________________

 

חיזרו על ניסוי זה בחדר שבו עוצמת האור נמוכה מאד. האם קיים מצב שבו אתם יכולים להבחין בגוף אך לא בצבע שלו?

_________________________________

_________________________________

 

 

דיון

בעין האנושית קיימים שני סוגים של תאי ראיה – "מוטות" (rods) – הם תאי ראיה שנועדו לראיה באור חלש, אך אינם מספקים מידע לגבי הצבע, בדומה לטלסקופ. התאים "החרוטיים" (cones) הם תאים המאבחנים צבע, אך הם אינם רגישים מספיק לאור בעוצמה נמוכה. בנוסף לכך הם מרוכזים בחלק המרכזי של רשתית העין אותו חלק שמבחין בשדה הראיה הקדמי. לכן האבחנה בצבעים היא הטובה ביותר אשר אנו מסתכלים קדימה.

לטלסקופ, ברוב המקרים, רק סוג חיישנים אחד. הוא מאבחן את עוצמת האור המגיעה מגוף שמימי, אך לא את הצבע שלו. אך ניתן להסתייע במסננים כדי לבצע מספר צילומים בתחומים שונים של הספקטרום ובעזרת שילובם ליצור צילום צבעוני.