Wie sollten die Augen für astronomische Beobachtungen angepasst angeordnet sein?

Ein bisschen Physik.

Licht ist eine Welle. Das heißt, wenn Licht durch eine Öffnung fällt, wird es gebeugt . Das bedeutet, dass eine punktförmige Lichtquelle auch durch eine ideale Linse nicht als Punkt abgebildet werden kann . (Eine ideale Linse ist eine Linse ohne Aberrationen . Eine solche Linse kann physikalisch nicht hergestellt werden, so dass die Trennleistung einer physikalischen Linse schlechter sein wird als die Trennleistung einer idealen Linse mit demselben Durchmesser.)

Das bestmögliche Trennvermögen (dh der minimale Blickwinkel zwischen zwei punktförmigen Lichtquellen, sodass ihre Bilder unterscheidbar sind) einer idealen Linse mit einem physikalischen Durchmesser$d$ist durch die Airy-Formel gegeben :

Wo$\lambda$die Wellenlänge des von den Punktquellen emittierten Lichts ist. (Das Ergebnis ist in Radiant, für diejenigen, die sich fragen.)

Stecken Sie 9 mm als maximalen Durchmesser einer dunkel angepassten menschlichen Augenpupille ein und überlegen Sie$\lambda = 555\,\text{nm}$(grünes Licht für maximale Empfindlichkeit) erhalten wir, dass die Trennleistung eines menschengroßen Auges nicht besser sein kann

Das Trennvermögen eines normalen menschlichen Auges (= das Auge eines normalsichtigen Menschen) wird mit etwa einer Bogenminute angenommen.

• Die Satelliten des Jupiters liegen für Menschen mit außergewöhnlich gutem Sehvermögen direkt an der äußersten Grenze der Beobachtung mit bloßem Auge; dass jemand sie mit bloßem Auge trennen kann, ist bemerkenswert, aber nicht übernatürlich.

  (Die maximalen Winkelabstände zwischen den galiläischen Monden und Jupiter liegen zwischen 2′ und 10′, mehr als genug für das bloße Auge; die Schwierigkeit, sie mit bloßem Auge zu sehen, liegt nicht an mangelnder Schärfe, sondern an der großer Unterschied zwischen der Helligkeit von Jupiter und seinen Monden. Jupiter hat eine scheinbare Helligkeit von -1,66, wenn er in Opposition zur Sonne steht, während die galiläischen Monde Helligkeiten zwischen 4,6 und 5,6 haben. Einfach ausgedrückt, Jupiter ist so hell, dass die armen Monde versinken im schwarzen Hintergrund.)

• Die Dogon fabulieren, was für ein Volk ohne Schrift völlig normal ist. Supermans Augen können nicht viel besser sein als gewöhnliche menschliche Augen, es sei denn, sie sind riesig .

  (Mein Favorit ist, dass die Dogons, die angeblich wussten, dass Sirius ein Dreifachstern ist, nicht einmal auf Sirius hinweisen konnten – und Sirius ist der hellste Stern am Nachthimmel.)

• Die Grenze astronomischer Beobachtungen ist direkt durch die physikalische Größe des Objektivs gegeben; die Eintrittspupille des menschlichen Auges ist maximal 9 mm breit; ein billiges Amateurteleskop beginnt bei 60 mm.

Ich fürchte, was Sie wollen, ist nicht praktikabel. Es ist nicht gerade unmöglich, aber so unpraktisch, dass Sie keine Kreatur (geschweige denn einen Humanoiden) bauen können, die zu dem fähig ist, was Sie wollen.

Sie müssen einige Grundlagen der Einschränkungen erdgebundener astronomischer Beobachtungen verstehen, um zu verstehen, warum.

In Bezug auf einige der Behauptungen, die Sie erwähnen, denken Sie daran, dass eine peinliche Anzahl professioneller Astronomen einmal behauptete, Kanäle auf dem Mars sehen (und sogar kartieren!) zu können. Natürlich gibt es keine Kanäle, die sie hätten sehen können, aber die Kraft, sich selbst zu überzeugen, ist so ziemlich die einzige Superkraft, die der Mensch wirklich besitzt. Behandeln Sie solche Berichte also mit Skepsis.

Es gibt drei Hauptbeschränkungen des Auflösungsvermögens bei sichtbaren Wellenlängen. Der erste wurde von AlexP in seiner Antwort erklärt . Ich werde nicht noch einmal darauf eingehen, aber es bedeutet im Grunde, dass Sie ein enorm großes Gerät benötigen, um Licht zu fokussieren und Details bei einer bestimmten Wellenlänge aufzulösen.

Der zweite Grund ist die Atmosphäre. Sie werden oft gesehen, wie Astronomen über gute Sichtbedingungen diskutieren. Was ein Astronom damit meint, ist, dass er einen Planeten wie den Mars in eine etwas verschwommene Kugel auflösen kann, in der nur die größten Merkmale auf dem Planeten (z. B. Jupiters Roter Fleck) erkennbar sind. Die Atmosphäre, durch die Sie schauen müssen, bedeutet, dass jedes Licht, das die Atmosphäre erreicht, durch Millionen winziger Luftbewegungen und Wechselwirkungen verzerrt wird und Sie ganz einfach keine wirklichen Details auflösen können.

Der dritte Grund ist die Anzahl der Photonen, die Sie erreichen. Licht von Sternen wird durch starke interne Fusionsreaktionen angetrieben und ist relativ stark, aber Planeten usw. sind auf reflektiertes Licht angewiesen, um sichtbar zu sein. Das heißt, das Licht muss den Planeten erreichen, ist schwach, wenn es dort ankommt, und dann wird nur dieses winzige bisschen reflektiertes Licht über alle möglichen Winkel verteilt, und wir bekommen nur einen noch kleineren Bruchteil dieses Lichts, wenn es die Erde erreicht . Und selbst das wird durch die Atmosphäre weiter reduziert. Um das ins rechte Licht zu rücken, um die Entfernung zum Mond genau zu messen, hat die NASA einen speziellen Reflektor auf der Mondoberfläche angebracht und einen starken Laser darauf abgefeuert (gezielt durch ein starkes Teleskop), und was sie zurückbekommen, ist auf Bestellung von etwa einem Photon pro Sekunde.

Was bedeutet das in der Praxis?

Ein gutes Bild des Mars bei seiner größten Annäherung an uns seit Jahrzehnten, aufgenommen mit einem sehr guten Amateurteleskop von jemandem, der erfahren und geduldig ist und versteht, was er tut, würde in etwa so aussehen:

Dies wird ausführlich in Thunderfoots ausgezeichnetem Video über die Beobachtung des Mars auf YouTube erklärt .

Wie er erklärt, liegt diese Auflösung unter dem in AlexPs Beitrag beschriebenen Schwellenwert, der eine theoretische Grenze ohne andere einschränkende Effekte darstellt.

Das von Thunderfoot für dieses Bild verwendete Teleskop war ein 11-Zoll-Cassegrain, und das ist eine Menge Optik. Sie werden keinen Humanoiden mit dieser Menge an optischer Leistung oder irgendetwas, das sich dieser nähert, bauen.

Ich fürchte, dass jede wissenschaftlich fundierte Vorstellung von echtem humanoidem (astronomischem) Teleskopblick nicht realistisch ist.

In der Praxis haben die Menschen ein System entwickelt, das sie dazu befähigt: es heißt Denken . Wir haben Gehirne entwickelt, die gut sind und Werkzeuge herstellen, die es uns ermöglichen, unsere schwachen menschlichen Grenzen zu überwinden. Wir brauchen nichts weiter zu entwickeln, wir müssen nur weiter unser Gehirn benutzen. Das ist die harte wissenschaftliche Antwort. Ein gutes Fernglas ist ehrlich gesagt eine wirklich gute Lösung, um das menschliche Sehvermögen so zu erweitern, wie Sie es möchten. In gewisser Weise haben wir Ferngläser und Teleskope für diesen Zweck "weiterentwickelt".

Auch in praktischer, wissenschaftlicher Hinsicht gibt es keinen evolutionären Vorteil, wenn Sie das gewünschte Sehvermögen entwickeln. Was nützt es? Es wird Sie nicht sicherer machen, es wird Ihnen nicht helfen, Nahrung zu finden oder besser zu jagen. Es wird Ihnen eine erhebliche Verwundbarkeit hinzufügen, da solch große Optiken in allen Situationen, in denen Sie in Gefahr sind, ein echtes Handicap darstellen. Dieser letzte Punkt macht es zu einer evolutionären Sackgasse. Dies sind die Gründe, warum sich kein Lebewesen auf der Erde so entwickelt hat, wie Sie es beschreiben.

Die harte Wissenschaft bietet also keine Methode zur Lösung Ihres Problems. Im Gegenteil, es macht es undurchführbar und unnötig.

Wenn Sie jedoch eine andere Anatomie hätten, könnten die Dinge anders laufen. Eine Kreatur mit einem großen Körper, der mit Augen bedeckt ist, könnte nachts ein linsenloses, riesiges Auge bilden.

Noch wilder würde es werden, wenn man ein Hive-Mind-Kreatur mit fotorealistischem Gedächtnis hätte. Sie konnten einen Planeten beobachten, der sich vor einer Sonne bewegte, aus verschiedenen Blickwinkeln auf einem Planeten, und diese Erinnerung dann zu einer Beobachtung mit einer Parallaxe von der Größe eines Planeten zusammenführen.