VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Иллюзия Луны
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
- Почему Луна у горизонта кажется такой большой?
Едва ли найдётся такой человек, который не задавал себе хоть раз в жизни такой вопрос. И я не исключение. Неужели небесное тело может менять свой размер? А может быть, это зависит от изменяющегося расстояния? У меня возникало очень много вопросов, на которые я хотел найти ответы. Тогда я решил исследовать этот вопрос.
Гипотеза
Предполагаю, что Луна большая у горизонта потому, что когда садится или восходит, то становится ближе к Земле, а если предмет ближе, то кажется больше.
Цель: исследовать, понять и объяснить иллюзию Луны.
Задачи: изучить литературу по данному вопросу, сравнить разные взгляды ученых на эту проблему.
Методы: аналитический, поисковый, сравнительно-сопоставительный анализ полученной информации
Объект исследования: Луна.
Предмет исследования: иллюзия Луны.
Основная часть
Доказательство иллюзии
Начать своё исследование я решил со словаря.
Иллюзия луны — иллюзия зрительная, характерная тем, что воспринимаемый размер небесного тела (Луны, Солнца) кажется больше при его положении низко над горизонтом, чем при положении высоко в небе.
Словарь практического психолога. — М.: АСТ, Харвест. С. Ю. Головин. 1998.
Ещё в древности люди догадывались, а позднее благодаря науке и оптическим приборам удостоверились, что размер Луны не зависит от того, близка она к горизонту или, наоборот, находится высоко в небе. Однако человеческие глаза, дают нам ощущение того, что у горизонта спутник больше, а высоко в небе — меньше.
(Слайд 2, 3)
Со времён Аристотеля широко распространено заблуждение, о том, что бо́льший размер Луны у горизонта объясняется увеличением, создаваемым атмосферой Земли, то есть атмосфера увеличивает видимый размер Луны, как линза. На самом деле преломление световых лучей в атмосфере у горизонта, наоборот, немного уменьшает видимый размер Луны по вертикали и не влияет на него по горизонтали. Именно поэтому лунный диск около горизонта мы видим приплюснутым.
Есть и ещё один фактор, из-за которого угловой размер Луны около горизонта слегка меньше, чем когда она в зените. С перемещением Луны от зенита к горизонту, расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, и её видимый размер уменьшается на 1,7 %.
(Слайд 4)
Я провел такой опыт. Увидев не огромную, но достаточно большую Луну низко над горизонтом, я сравнил её размер с размером 10 рублёвой монеты (тогда мне казалось, что такая монета как раз подойдёт по размеру). Вытянув руку с монетой вперед и прикрыв один глаз, я наложил монетку на видимый диск Луны. Я был очень сильно удивлён, когда понял, что Луна намного меньше 10 рублевой монеты. Тогда я взял 10 копеечную монету и проделал то же самое, однако и она оказалась слишком большой. Лишь когда я взял ватную палочку, её головка смогла по размеру сравниться с лунным диском. Спустя несколько часов, когда Луна светила высоко в небе и не казалась мне большой, я снова сравнил её с головкой ватной палочки и, каково же было моё удивление – размер лунного диска остался прежним.
Этот опыт доказал то, что большой размер Луны у горизонта – это лишь зрительная иллюзия. А теперь подробнее разберем, как человеческий мозг воспринимает видимый размер.
Возможные объяснения иллюзии
Размер видимого нами объекта может быть определён либо через его угловой размер (угол, который образуют входящие в глаз лучи от краёв объекта) либо через его физический размер (реальный размер, например в метрах). Эти два понятия различаются с точки зрения человеческого восприятия. Например, угловые размеры двух одинаковых объектов, помещённых на расстоянии 5 и 10 метров от наблюдателя, различаются почти в два раза, однако, нам, как правило, не кажется, что ближний объект в два раза больше. И наоборот, если более удалённый объект имеет тот же угловой размер, что и более близкий, мы будем его воспринимать как в два раза больший (закон Эммерта).
( слайд 5)
Существует много различных теорий, объясняющих иллюзию Луны. Ниже перечислены лишь основные из них.
Теория относительного размера
Наш мозг сравнивает размер наблюдаемого объекта с окружающими предметами и делает выводы о его относительных размерах. При наблюдении Луны ближе к линии горизонта мы видим не только её, но и другие объекты (дома, деревья, рельеф и т.д.), на фоне которых лунный диск кажется больше наблюдаемого в зените. Когда же Луна находится высоко, бескрайнее небо заставляет её выглядеть меньше.
Данный эффект был продемонстрирован психологом Германом Эббингаузом. Круг, окружённый маленькими кругами, представляет собой Луну у горизонта и окружающие её маленькие объекты (деревья, столбы и т. п.), а круг, окружённый более крупными объектами, представляет собой Луну в небе. При том, что оба центральных круга имеют одинаковый размер, многим людям кажется, что правый круг на картинке больше.
Противники данной теории говорят о том, что пилоты самолётов тоже наблюдают лунную иллюзию, однако никаких земных объектов на высоте в небе нет.
Теория о роли конвергенции глаз
Теория о роли конвергенции глаз объясняет изменение размера Луны тем, что при поднятии взгляда вверх, чтобы посмотреть на Луну в зените, зрительные оси расходятся в стороны, относительно центра. Так происходит, когда мы смотрим на далекие объекты. Следовательно, мозг получает сигнал о том, что объект удален и должен казаться меньше.
В 1940-х годах Боринг (Boring, 1943; Holway & Boring, 1940; Taylor & Boring, 1942) и в 1990-х Судзуки (Suzuki, 1991,1998) предложили объяснение иллюзии Луны, согласно которому, кажущаяся величина Луны зависит от степени конвергенции глаз наблюдателя. То есть иллюзия Луны — это результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд наверх (чтобы посмотреть на Луну в зените), а глаза сами по себе стремятся дивергировать. Из-за того, что конвергенция глаз является одним из признаков близости объекта, наблюдателю кажется, что объект высоко в небе меньше по размеру.
В начале эксперимента испытуемые сидели на стуле. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта (на уровне глаз наблюдателя), тогда лунный диск им казался значительно больше, чем когда наблюдали за Луной, находящейся в зените (подняв глаза под углом 30°). Затем испытуемые наблюдали за Луной лёжа на столе. Когда они лежали на спине и смотрели на Луну в зените или когда они были вынуждены закидывать голову назад и поднимать глаза вверх, чтобы из положения на спине увидеть Луну на горизонте, результаты были противоположными. Луна близ горизонта казалась им меньше по величине, чем Луна в зените. Иными словами при поднимании взгляда вверх, или даже запрокидывании головы, а глаза сами по себе стремятся сделать объект меньше.
Противники данной гипотезы утверждают, что иллюзия большой Луны быстро затухает при увеличении высоты светила над горизонтом, когда необходимость запрокидывать голову и поднимать глаза вверх ещё не возникает.
Теория кажущейся удалённости
Теория кажущейся удалённости говорит о том, что Луна у горизонта выглядит больше Луны в небе из-за того, что она кажется дальше. Наблюдая за облаками, птицами и самолётами, человек видит, что они уменьшаются при приближении к горизонту. В отличие от земных объектов, Луна, находясь вблизи горизонта, имеет примерно такой же видимый угловой диаметр, как и в зените, но человеческий мозг пытается компенсировать перспективные искажения и предполагает, что диск Луны должен быть физически больше.
(Слайд 7)
Эксперименты, проведённые в 1962 году Кауфманом и Роком, показали, что существенным фактором при создании иллюзии являются наглядные ориентиры.
Луна у горизонта оказывается в конце последовательности объектов ландшафта, деревьев и зданий, что говорит мозгу о её большой удалённости. При удалении ориентиров из поля зрения, выглядящая крупной Луна становится меньше.
Учёные отмечают интересный факт - что иллюзия Эббингазуа, как и большинство оптических иллюзий вообще, сохраняется на фотографии. Луна же на фотографии вовсе не кажется большей, чем на самом деле. Здесь я с учеными согласен, потому что не раз пытался сфотографировать большую Луну, однако на фотографии она вовсе не казалась большой, а выглядела самой обычной.
На данный момент не достигнуто согласия по вопросу, из-за чего Луна кажется больше у горизонта. Вообще, полного объяснения этой особенности человеческого восприятия до сих пор не существует. В 2002 году Хелен Росс и Корнелис Плаг выпустили книгу «Загадка лунной иллюзии», в которой, рассмотрев различные теории, сделали вывод: «Ни одна теория не победила». К тому же решению пришли авторы сборника «Лунная иллюзия», выпущенного в 1989 году под редакцией М. Хершенсона.
Заключение
В своей работе, проделав опыт с монеткой, я доказал, что большая Луна на горизонте – это лишь зрительная иллюзия. Построив схему перемещения Луны от горизонта к зениту, понял, что расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, а её видимый размер уменьшается, а не увеличивается, что тоже подтвердило иллюзорность большой Луны. Сотни лет учёные стараются понять загадку иллюзии спутника Земли - выдвигают теории, ставят опыты, доказывают, однако до сих пор не сошлись во мнениях. Я ознакомился с несколькими теориями, однако их гораздо больше. Моя гипотеза не подтвердилась. И теперь у меня появилось ещё больше вопросов!
Список использованных источников и литературы:
Ссылки на интернет источники:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BB%D0%BB%D1%8E%D0%B7%D0%B8%D1%8F_%D0%9B%D1%83%D0%BD%D1%8B
http://psi.webzone.ru/st/040500.htm
https://www.youtube.com/watch?v=U3pXW-c4osk
https://forany.xyz/a-36
https://pikabu.ru/story/illyuziya_lunyi_4749069
Литература:
Журнал «Популярная механика», №1 (123), Январь 2013
Перельман Я.И. Занимательная геометрия. Издание седьмое, переработанное. Автор: Яков Исидорович Перельман. Под редакцией и с дополнениями Б. А. Кордемского. (Москва - Ленинград: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950)