Ko‘rinadigan spektr. Koʻrinadigan spektr — bu elektromagnit spektrning inson koʻzi koʻra oladigan qismi. Ushbu toʻlqin uzunliklar diapazonidagi elektromagnit nurlanish "koʻrinadigan yorugʻlik" (yoki oddiygina yorugʻlik) deb ataladi. Optik spektr baʼzan koʻrinadigan spektr bilan bir xil deb qabul qilinadi, ammo baʼzi mualliflar bu atamani kengroq maʼnoda ishlatib, ultrabinafsha va infraqizil nurlanish qismlarini ham qamrab oluvchi "optik nurlanish" sifatida belgilaydi. Oddiy inson koʻzi taxminan 380 dan 750 nanometrgacha boʻlgan toʻlqin uzunliklariga javob qaytaradi. Chastotalar jihatidan, bu taxminan 400 dan 790 teragerslga mos keladi. Ushbu chegaralar aniq belgilangan emas va insonning individual xususiyatlariga qarab farqlanishi mumkin. Muqobil sharoitlarda, inson sezgirlik diapazoni ultrabinafsha (310 nm) va yaqin infraqizil (1100 nm) toʻlqin uzunliklarigacha kengayishi mumkin. Spektr insonning koʻrish tizimi orqali farqlanishi mumkin boʻlgan barcha ranglarni oʻz ichiga olmaydi. Masalan, pushti kabi toʻq ranglar yoki binafsha rangning baʼzi soyalarini faqat bir nechta toʻlqin uzunliklarining aralashmasi orqali hosil qilish mumkin. Faqat bitta toʻlqin uzunligi bilan ifodalanadigan ranglar sof ranglar yoki spektral ranglar deb ataladi. Koʻrinadigan toʻlqin uzunliklari Yer atmosferasidan deyarli toʻliq soʻnmasdan oʻtadi va bu elektromagnit spektrning „optik oyna“ deb ataladigan qismiga mos keladi. Masalan, toza havo koʻk yorugʻlikni qizil yorugʻlikka qaraganda koʻproq sochadi, shu sababli kunduzi osmon koʻk rangda koʻrinadi (Quyosh atrofidagi hudud esa oq rangda koʻrinadi, chunki bu joyda yorugʻlik kamroq sochiladi). Optik oyna baʼzida „koʻrinadigan oyna“ deb ham ataladi, chunki u insonning koʻrinadigan javob spektriga mos keladi. Spektral ranglar. Yaqin infraqizil (NIR) oyna inson koʻrish diapazonidan tashqarida, shuningdek, oʻrta toʻlqinli infraqizil (MWIR) va uzoq toʻlqinli infraqizil (LWIR) diapazonlar ham mavjud. Lekin boshqa hayvonlar ushbu diapazonlarni sezishi mumkin. Faqat tor toʻlqin uzunliklar diapazonidagi (monoxromatik yorug‘lik) koʻrinadigan yorugʻlik orqali hosil boʻladigan ranglar spektral ranglar deb ataladi. Ranglar spektri uzluksiz boʻlib, bir rangdan ikkinchisiga oʻtishda aniq chegaralar mavjud emas. Tarixi. XIII asrda Rodjer Bekon yomgʻir kamalaklarini oynadan yoki kristalldan yorugʻlik oʻtish jarayoniga oʻxshash jarayon orqali hosil boʻladi deb taxmin qilgan. XVII asrda Isaak Nyuton prizma orqali oq yorugʻlikni ajratib, qayta birlashtirish mumkinligini kashf etgan va bu hodisani oʻzining "Optika" nomli kitobida batafsil tasvirlab bergan. Nyuton "spektr" (Lotin tilidan „koʻrinish“ yoki „sharpa“) atamasini birinchi marta 1671-yilda bosma shaklda oʻzining optika ustida qilgan tajribalariga nisbatan qoʻllagan. U kuzatganidek, Quyosh nurlari prizmaning yuzasiga burchak ostida tushganda, bir qismi aks etadi, bir qismi esa prizma ichidan oʻtadi va turli rangli nurlar sifatida ajralib chiqadi. Nyuton nur bir nechta ranglardan iborat „zarralar“ (korpusklalar)dan tashkil topgan degan nazariyani ilgari surdi. U shuningdek, turli ranglarning prizma ichida har xil tezlikda harakatlanishini kuzatgan: masalan, qizil nur shisha ichida binafsha nurga qaraganda tezroq harakat qiladi. Shu sababli qizil nur prizma orqali oʻtganda binafsha nurlarga qaraganda kamroq sinadi (refraksiya) va spektrda ranglarning ketma-ketligi hosil boʻladi. Nyuton spektrni dastlab oltita asosiy rangga, yaʼni qizil, toʻq sariq, sariq, yashil, koʻk va binafsha ranglarga boʻlgan. Soʻngra, yettinchi rang sifatida indigo rangni qoʻshgan, chunki 7 soni qadimgi yunon sofistlari tomonidan mukammal son deb hisoblangan. Unga koʻra, ranglar, musiqiy ohanglar, quyosh tizimidagi ob’ektlar va haftaning kunlari oʻrtasida bogʻliqlik mavjud deb hisoblangan. Inson koʻzi indigo chastotalariga nisbatan unchalik sezgir emas va baʼzi odamlar, garchi yaxshi koʻrish qobiliyatiga ega boʻlsalar ham, indigo rangini koʻk va binafsha ranglardan farqlay olmaydilar. Shu sababli, Ayzek Azimov kabi ayrim keyingi sharhlovchilar indigoni alohida rang sifatida emas, balki koʻk yoki binafsha rangning bir tusi sifatida qarash kerakligini taklif qilishgan. Dalillar shuni koʻrsatadiki, Nyuton „indigo“ va „koʻk“ soʻzlari orqali nazarda tutgan maʼnolar bu rang soʻzlarining hozirgi zamonaviy maʼnolariga toʻgʻri kelmaydi. Nyutonning prizmadagi ranglar haqidagi kuzatuvlarini koʻrinadigan yorugʻlik spektrining rangli tasviri bilan taqqoslash shuni koʻrsatadiki, u aytgan „indigo“ bugungi kunda koʻk deb ataladigan rangga, uning „koʻk“ esa havorang (tsian)ga mos keladi. XVIII asrda Johann Wolfgang von Goethe oʻzining "„Ranglar nazariyasi“" asarida optik spektr haqida yozgan. Goethe "„spektr“" (nemischa:"„Spektrum“") soʻzini optik koʻrinish yoki soya maʼnosida ishlatgan, Schopenhauer ham "„Koʻrish va ranglar haqida“" asarida xuddi shunday degan. Gyote uzluksiz spektr murakkab hodisa ekanligini taʼkidlagan. Nyuton yorugʻlik nurini toraytirib hodisani izolyatsiya qilgan boʻlsa, Gyote kengroq teshikdan oʻtkazilganda spektr emas, balki oq rang oʻrtasida qizgʻish-sariq va koʻk-tsiyan ranglarning chetlari hosil boʻlishini kuzatgan. Bu chetlar bir-biriga yaqinlashganda esa spektr paydo boʻlgan. XIX asrning boshlarida koʻrinadigan spektr tushunchasi aniqroq boʻla boshladi. Yorugʻlikning koʻrinmaydigan diapazonlari William Herschel (infraqizil), Johann Wilhelm Ritter (ultrabinafsha), Thomas Yung, Thomas Johann Seebeck va boshqalar tomonidan kashf etilib oʻrganilgan. 1802-yilda Yung yorug‘likning turli ranglari to‘lqin uzunliklarini birinchi bo‘lib o‘lchagan. Ko‘rinadigan spektr va ranglarni ko‘rish o‘rtasidagi bog‘liqlik XIX asr boshlarida Thomas Yung va Hermann von Helmholtz tomonidan o‘rganilgan. Ularning rang ko‘rish nazariyasiga ko’ra ko‘z o’zining uchta alohida reseptori yordamida rangni qabul qiladi, degan to‘g‘ri farazni ilgari surgan. Koʻrish diapazonining chegaralari. Ko‘rinadigan spektr retinaga yetib boradigan va vizual fototransdutsiyani (umurtqalilar vizual opsinini qo‘zg‘atadigan) faollashtiradigan to‘lqin uzunliklari bilan cheklangan. UV nurlarga nisbatan sezgirlikning pastligi odatda ko‘z gavharining bu nurlarni o‘tkazish qobiliyati bilan cheklansa, IR (infraqizil) nurlarga nisbatan sezgirlik vizual opsinlarning spektral sezgirlik funksiyalari bilan chegaralanadi. Ushbu diapazon psixometrik jihatdan yoritilish samaradorligi funksiyasi orqali aniqlanadi, bu esa barcha omillarni hisobga oladi. Odamlarda ikkita vizual tizim uchun alohida funksiyalar mavjud: biri fotopik ko‘rish (kunduzgi yorug‘likda ishlaydi) bo‘lib, u konuscha hujayralar yordamida amalga oshiriladi; ikkinchisi esa skotopik ko‘rish (xira yorug‘likda ishlaydi) bo‘lib, u tayoqchali hujayralar orqali amalga oshiriladi. Har bir funksiyaning ko‘rinadigan spektr diapazoni har xil. Biroq, ko‘rinadigan diapazon haqidagi muhokamalar odatda fotopik ko‘rish asosida olib boriladi. Atmosfera orqali oʻtish. Ko‘pchilik hayvonlarning ko‘rinadigan diapazoni atmosferadan o‘ta oladigan yorug‘lik diapazoni — optik deraza — bilan moslashgan holda rivojlangan. Ozon qatlami ultrabinafsha (UV) nurlarining deyarli barchasini (315 nm dan past) yutadi. Biroq, bu faqat kosmik yorugʻlikka (masalan, quyosh nurlariga) taʼsir qiladi, yer yuzidagi yorugʻlikka (masalan, biolyuminessensiya) taʼsir qilmaydi. Koʻz orqali oʻtish. Koʻpchilik hayvonlarning koʻrinadigan diapazoni atmosferadan oʻta oladigan yorugʻlik diapazoni – optik deraza – bilan moslashgan holda rivojlangan. Ozon qatlami ultrabinafsha (UV) nurlarining deyarli barchasini (315 nm dan past) yutadi. Biroq, bu faqat kosmik yorugʻlikka (masalan, quyosh nurlariga) taʼsir qiladi, yer yuzidagi yorugʻlikka (masalan, biolyuminessensiya) taʼsir qilmaydi. Opsinlarning yorugʻlikni yutish xususiyati. Har bir opsinning oʻziga xos spektral sezgirlik funksiyasi mavjud boʻlib, u har bir toʻlqin uzunligidagi fotonni yutish ehtimolini belgilaydi. Yorqinlik samaradorligi funksiyasi, asosan, har bir vizual opsinning hissa qoʻshishiga asoslangan. Shu sababli, alohida opsinlarning spektral sezgirlik funksiyalaridagi farqlar yorqinlik samaradorligi funksiyasiga va koʻrinadigan diapazonga taʼsir qiladi. Masalan, uzoq toʻlqin (qizil) chegarasi L-opsinning pozitsiyasiga mutanosib ravishda oʻzgaradi. Ushbu pozitsiyalar maksimal sezgirlik toʻlqin uzunligi (yaʼni, eng yuqori sezgirlikka ega boʻlgan toʻlqin uzunligi) bilan belgilanadi. Agar L-opsinning maksimal sezgirligi 10 nm ga koʻkarib siljisa, koʻrinadigan spektrning uzoq toʻlqin chegarasi ham 10 nm ga siljiydi. L-opsinning maksimal toʻlqin uzunligidagi katta ogʻishlar protanopiya deb ataluvchi rang koʻrlik shakliga olib keladi. L-opsinning yoʻqligi (protanopiya) esa koʻrinadigan spektrning uzoq toʻlqin chegarasini taxminan 30 nm ga qisqartiradi. M-opsin va S-opsin bilan bogʻliq rang koʻrligi turlari yorqinlik samaradorligi funksiyasiga yoki koʻrinadigan spektr chegaralariga sezilarli taʼsir koʻrsatmaydi. Chegaralarning turli taʼriflari. Jismoniy va biologik oʻzgaruvchanliklardan qatʼi nazar, koʻrinadigan spektr chegaralarining taʼrifi standart emas va soha yoki maqsadga qarab oʻzgaradi. Masalan, amaliy chegaralar bilan qiziqqan sohalar ehtiyotkorlik bilan 420–680 nm oraligʻini belgilashi mumkin. Psixometrik yondashuvni qoʻllab, eng keng diapazonni qamrab olishni maqsad qilgan sohalar esa 380–750 nm yoki hatto 380–800 nm deb belgilashi mumkin. Yaqin infraqizil (NIR) diapazondagi yorqinlik samaradorligi funksiyasi keskin tugamaydi, balki eksponensial pasayadi. Masalan, 1,050 nm toʻlqin uzunligidagi yorugʻlikni sezish sezgirligi 700 nm ga nisbatan 10⁹ barobar zaifroqdir. Shu sababli, 1,050 nm yorugʻlikni koʻrish uchun 700 nm ga qaraganda ancha yuqori yorqinlik kerak boʻladi. Koʻrinadigan spektrdan tashqaridagi koʻrish. Ideal laboratoriya sharoitlarida odamlar 1,064 nm gacha boʻlgan infraqizil nurlarni sezishi mumkin. 1,050 nm yaqin infraqizil (NIR) nur qizil rangni qoʻzgʻatishi mumkin, bu esa L-opsin tomonidan toʻgʻridan-toʻgʻri yutilishini koʻrsatadi. Shu bilan birga, impulsli NIR lazerlar yashil rangni ham qoʻzgʻatishi mumkinligi haqida xabarlar bor, bu ikki fotonli yutilish infraqizil sezgirlikni kengaytirishga imkon berishi mumkinligini anglatadi. Yosh subyektlar ultrabinafsha (UV) nurlarni taxminan 310–313 nm gacha sezishlari mumkin. Ammo 380 nm dan past nurlarni sezish, ehtimol, opsinlar tomonidan UV nurning toʻgʻridan-toʻgʻri yutilishi emas, balki koʻzning optik muhitining lyuminestsensiyasi tufayli sodir boʻladi. Koʻz linzasi va shox pardasi tomonidan yutilgan UVA nurlari energiyasi pastroq (toʻlqin uzunligi kattaroq) lyuminestsent nurlanish chiqarishi mumkin, bu esa opsinlar tomonidan yutiladi. Masalan, linza 350 nm nurni yutganida, lyuminestsent nurlanish spektri taxminan 440 nm ga toʻgʻri keladi. Koʻrinmas yorugʻlikni aniqlash. Fotopik va skotopik tizimlardan tashqari, odamlar asosiy vizual tizimga bogʻliq boʻlmagan boshqa yorugʻlik sezish tizimlariga ega. Masalan, melanopsin 420–540 nm oraligʻida yutilish sezgirligiga ega va bu tizim sirkad ritmlar va reflektiv jarayonlarni boshqaradi. Biroq, melanopsin tizimi tasvirlarni hosil qilmaydi va shuning uchun koʻrish tushunchasiga kirmaydi hamda koʻrinadigan spektrga hissa qoʻshmaydi. Tirik organizmlarda koʻrish. Koʻrinadigan spektr insonlar uchun aniqlangan, ammo turli hayvonlar turlari orasida katta farqlar mavjud. Nafaqat konuscha opsinlar spektral jihatdan koʻchirilib, koʻrinadigan diapazonni oʻzgartirishi mumkin, balki odamlarning 3 ta konuschasiga (trixromatik) nisbatan 4 ta (tetraxromatik) yoki 2 ta (dixromatik) konuschaga ega boʻlgan umurtqalilar ham odamlarnikidan kengroq yoki torroq koʻrinadigan spektrga ega boʻlishadi. Umurtqalilar odatda 1–4 xil opsin sinfiga ega boʻlishadi: Hayvonlarning vizual tizimlarini xulq-atvor orqali sinash qiyin, shuning uchun hayvonlarning koʻrinadigan diapazoni odatda opsinlarning maksimal toʻlqin uzunliklari odamlarnikiga solishtirish orqali aniqlanadi. Masalan, odamlarda S-opsinning maksimal sezgirligi 420 nm, L-opsinniki esa 560 nm. Sutemizuvchilar. Koʻpchilik sutemizuvchilar faqat ikki xil opsin sinfini (LWS va VS) saqlab qolgan, bu, ehtimol, tungi torayish hodisasi bilan bogʻliq. Ammo eski dunyo primatlari (shu jumladan, odamlar) LWS sinfida ikki xil versiyani rivojlantirib, uch rangli koʻrishni (trixromatizm) qayta tiklashgan. Boshqa koʻpchilik sutemizuvchilardan farqli oʻlaroq, kemiruvchilarning UVS opsinlari qisqa toʻlqin uzunligida qolgan. Masalan, sichqonlarda 340 nm gacha boʻlgan UVS opsinlar mavjud, chunki ular linzada UV filtrlarga ega emas. UV nurning toʻgʻridan-toʻgʻri retinaga yetib borishi retinal shikastlanishga olib kelishi mumkin boʻlsa-da, sichqonlarning qisqa umr koʻrishi bu xavfni kamaytirishi mumkin. Itlarda ikkita konus opsin mavjud boʻlib, ular 429 nm va 555 nm toʻlqin uzunligida joylashgan, shuning uchun ular dixromatik boʻlishiga qaramay, odamlarning koʻrinadigan spektrining deyarli barchasini koʻra oladi. Otlarning opsinlari 428 nm va 539 nm da joylashgan, bu ularning qizil rangni koʻrish qobiliyatini biroz cheklaydi. Qushlar. Koʻpchilik boshqa umurtqalilar (qushlar, kaltakesaklar, baliqlar va boshqalar) tetraxromatizmini saqlab qolgan boʻlib, UVS opsinlari odamlarnikidan uzoqroqqa, ultrabinafsha sohalarga yetadi. Qushlarning UVS opsin sezgirligi 355–425 nm, LWS opsin sezgirligi esa 560–570 nm oraligʻida farqlanadi. Bu baʼzi qushlarda odamlar bilan teng spektrni, boshqa qushlarda esa ultrabinafsha nurlarga nisbatan sezgirlikning kengayishini taʼminlaydi. Baʼzan qushlarning LWS opsinlari 600 nm dan yuqori choʻqqi toʻlqin uzunligiga ega deb xabar qilinadi, ammo bu faqat qush yogʻ tomchilari filtri bilan birga olinadigan samarali choʻqqi hisoblanadi. Haqiqiy LWS opsinning choʻqqi uzunligi uzun toʻlqin cheklovini yaxshiroq koʻrsatadi. Qushlarda ultrabinafsha koʻrishning foydasi, ehtimol, jinsiy farqlanishga bogʻliq patlardagi belgilarni ultrabinafsha spektrda koʻra olish bilan bogʻliq. Baliqlar. Teleostlar (suyakli baliqlar) odatda tetraxromatikdir. Baliqlarning UVS opsin sezgirligi 347–383 nm oraligʻida, LWS opsin sezgirligi esa 500–570 nm oraligʻida boʻladi. Baʼzi baliqlar, muqobil xromoforlarni ishlatib, LWS opsin sezgirligini 625 nm gacha kengaytirishi mumkin. Oltin baliqning infraqizil va ultrabinafsha nurlarni koʻra oladigan yagona hayvon ekanligi haqidagi keng tarqalgan fikr notoʻgʻri, chunki oltin baliq infraqizil nurni koʻra olmaydi. Umurtqasizlar. Umurtqasizlar vizual tizimi umurtqalilar tizimidan keskin farq qiladi, shuning uchun toʻgʻridan-toʻgʻri taqqoslash qiyin. Biroq, aksariyat hasharot turlarida UV sezgirlik qayd etilgan. Asalarilar va boshqa koʻplab hasharotlar ultrabinafsha nurlarni sezishi mumkin, bu ularga gullardagi nektarni topishda yordam beradi. Hasharotlarga bogʻliq changlanishga tayanadigan oʻsimliklar odamlar uchun qanday rangda koʻrinishidan koʻra, ultrabinafsha spektrda qanday koʻrinishiga qarab muvaffaqiyatga erishishi mumkin. Asalarilarning uzun toʻlqin chegarasi taxminan 590 nm ni tashkil etadi. Mantis qisqichbaqalari 14 gacha opsinlarni namoyish etib, 300 nm dan kamroq va 700 nm dan yuqori boʻlgan koʻrinadigan spektrni qamrab oladi. Issiqlik koʻrish tizimi. Baʼzi ilonlar 5 dan 30 μm gacha boʻlgan toʻlqin uzunliklarida radiatsion issiqlikni „koʻra“ olishadi. Bu darajada aniq koʻrish qobiliyatiga ega boʻlib, koʻr boʻlgan qoʻrgʻoshinli ilon ham oʻz hujumini oʻldiradigan yirik qismlarini maqsad qilib tanlashga qodir. Ushbu organiga ega boshqa ilonlar esa issiq tana qismlarini bir metr masofadan aniqlay olishadi. Bu issiqlik koʻrish qobiliyati, shuningdek, termoregulyatsiya va yirtqichlarni aniqlashda ham foydalanilishi mumkin. Spektroskopiya. Spektroskopiya bu jismlarni ularning chiqaradigan, yutadigan yoki aks ettiradigan rang spektriga asoslanib oʻrganadigan sohadir. Koʻrinadigan nur spektroskopiyasi astronomiyada (shuningdek, boshqa toʻlqin uzunlikdagi spektroskopiya) muhim vositadir, bu orqali olimlar uzoq obyektlarning xususiyatlarini tahlil qilishadi. Masalan, kimyoviy elementlar va kichik molekulalar spektr chiziqlari yordamida aniqlanadi. Quyosh spektrini tahlil qilish orqali geliy birinchi marta kashf qilingan.