Иллюзия Луны — оптическая иллюзия , из-за которой Луна кажется больше у горизонта , чем она есть выше в небе . Она известна с древних времен и зафиксирована в различных культурах. [1] [2] Объяснение этой иллюзии до сих пор является предметом споров. [2] [3] [4]
Угол, который диаметр полной Луны образует в глазу наблюдателя, можно измерить непосредственно с помощью теодолита , чтобы показать, что он остается постоянным, когда Луна поднимается или опускается в небе. Фотографии Луны на разных высотах также показывают, что ее размер остается тем же. Простой способ продемонстрировать, что эффект является иллюзией, — держать небольшой камешек (скажем, шириной 0,33 дюйма или 8,4 миллиметра) на расстоянии вытянутой руки (25 дюймов или 64 сантиметра) с одним закрытым глазом, располагая камешек так, чтобы он закрывал (затмевал) полную Луну, когда она высоко в ночном небе. Затем, когда кажущаяся очень большой Луна окажется на горизонте, тот же самый камешек также закроет ее, показывая, что не произошло никаких изменений в размере Луны.
В разные полнолуния угловой диаметр Луны может варьироваться от 29,43 угловых минут в апогее до 33,5 угловых минут в перигее — изменение составляет около 14% в видимом диаметре или 30% в видимой площади. [5] Это происходит из-за эксцентриситета орбиты Луны .
Размер рассматриваемого объекта можно объективно измерить либо как угловой размер (угол зрения, который он образует у глаза, соответствующий доле поля зрения , которое он занимает), либо как физический размер (его реальный размер, измеряемый, скажем, в метрах). Однако воспринимаемый размер лишь отдалённо связан с этими понятиями. Например, если два одинаковых знакомых объекта расположены на расстоянии пяти и десяти метров соответственно, то более дальний объект образует примерно половину угла зрения более близкого объекта, но обычно воспринимается как имеющий тот же размер (явление, называемое постоянством размера ), а не как половина размера. И наоборот, если более дальний объект образует тот же угол, что и более близкий объект, то он обычно воспринимается в два раза больше.
Таким образом, один из вопросов, касающихся иллюзии Луны, заключается в том, кажется ли горизонт Луны больше, потому что ее воспринимаемый угловой размер кажется больше, или потому что ее воспринимаемый физический размер кажется больше, или из-за комбинации того и другого. В настоящее время нет единого мнения по этому вопросу. Последние исследования иллюзии Луны были проведены психологами, специализирующимися на человеческом восприятии. Книга 2013 года «Иллюзия Луны » под редакцией Хершенсона предлагает 19 глав, написанных различными исследователями иллюзий, пришедшими к разным выводам. [3] Рассмотрев множество различных объяснений в своей книге 2002 года «Тайна иллюзии Луны» , Росс и Плаг приходят к выводу: «Ни одна теория не победила». [6] Они утверждают, что размер иллюзии изменчив, но обычно представляет собой кажущееся увеличение диаметра примерно на 50 процентов. Наиболее важным фактором является вид местности, но есть и небольшой вклад других факторов, таких как угол обзора, поза и движения глаз. [ требуется ссылка ]
Птолемей пытался объяснить иллюзию Луны через атмосферную рефракцию в Альмагесте , а позже (в Оптике ) как оптическую иллюзию из-за кажущегося расстояния [7] [8] или трудности смотреть вверх, хотя интерпретации рассказа в Оптике оспариваются. [9] Аналогичным образом Клеомед (около 200 г. н. э.) в своей книге по астрономии приписывал иллюзию как рефракции, так и изменениям кажущегося расстояния. [2] В Книге Оптики (1011–1022 гг. н. э.) Ибн аль-Хайтам (Альхазен) повторил рефракцию в качестве объяснения, но также предложил более подробное объяснение, основанное на промежуточных объектах и кажущемся расстоянии.
Благодаря дополнительным работам ( Роджера Бэкона , Джона Печама , Витело и других), основанным на объяснении Ибн аль-Хайтама, иллюзия Луны стала восприниматься как психологический феномен в 17 веке. [10]
Теория кажущегося расстояния, очевидно, была впервые четко описана Клеомедом около 200 г. н. э. Теория предполагает, что Луна на горизонте выглядит больше, чем Луна в зените, потому что она выглядит дальше. Ибн аль-Хайтам был более конкретен: его аргумент состоял в том, что оценка расстояния до объекта зависит от наличия непрерывной последовательности промежуточных тел между объектом и наблюдателем; однако, поскольку между Землей и Луной нет промежуточных объектов, воспринимаемое расстояние слишком короткое, и Луна кажется меньше, чем на горизонте. [2] Исследователи утверждают [11] , что гипотеза кажущегося расстояния проблематична с научной точки зрения, потому что она объясняет восприятия как последствия восприятий: Луна выглядит дальше, потому что она выглядит больше. Однако за этой связью, вероятно, стоят сложные внутренние процессы.
В 1813 году Шопенгауэр писал об этом, что иллюзия Луны является «чисто интеллектуальной или мозговой, а не оптической или чувственной». [12] Мозг получает чувственные данные, которые ему даются от глаза, и воспринимает большую Луну, потому что «наше интуитивно воспринимающее понимание рассматривает все, что видно в горизонтальном направлении, как более отдаленное и, следовательно, больше, чем объекты, которые видны в вертикальном направлении». [13] По словам Шопенгауэра, мозг привык видеть объекты земного размера в горизонтальном направлении, а также так, как они подвержены влиянию атмосферной перспективы.
Если Луна воспринимается как находящаяся в общей близости от других объектов, видимых на небе, можно было бы ожидать, что она также будет удаляться по мере приближения к горизонту, что должно привести к уменьшению ее ретинального изображения. Но поскольку ее ретинальное изображение имеет приблизительно одинаковый размер, независимо от того, находится ли она около горизонта или нет, мозг, пытаясь компенсировать перспективу , предполагает, что низкая Луна должна быть физически больше.
Обширные эксперименты Кауфмана и Рока в 1962 году показали, что решающим причинным фактором иллюзии является изменение в схеме сигналов расстояния, сравнимое с иллюзией Понцо . Горизонтальная Луна воспринимается как конец участка местности, уходящего вдаль, в сопровождении далеких деревьев, зданий и т. д., все из которых указывают на то, что она должна быть далеко, в то время как эти сигналы отсутствуют у зенитной Луны. Эксперименты многих других исследователей дали тот же результат; а именно, когда изобразительные сигналы большого расстояния вычитаются из вида большой горизонтальной Луны, она выглядит меньше. Когда изобразительные сигналы увеличенного расстояния добавляются к виду зенитной Луны, она кажется больше.
Потенциальной проблемой теории кажущегося расстояния было то, что немногие люди (возможно, около 5%) воспринимают горизонт Луны как большую и более далекую. Действительно, большинство людей (возможно, 90%) говорят, что горизонт Луны выглядит больше и ближе , чем зенит Луны (Boring, 1962; Hershenson, 1982; McCready, 1965, 1986; Restle, 1970). Большинство остальных говорят, что она выглядит больше и примерно на том же расстоянии, что и зенит Луны, а несколько человек вообще не сообщают об иллюзии Луны. Однако ответ, что горизонт Луны кажется больше, но не ближе, чем зенит Луны, может быть вызван тем, что логика наблюдателя сбивает его с толку; поскольку наблюдатель знает, что Луна не может быть физически дальше, он не осознает этого восприятия. Это подкрепляется идеей о том, что мозг сознательно не воспринимает расстояние и размер, поскольку пространственное восприятие является подсознательным, ретинокортикальным познанием. В соответствии с возможностью того, что сообщаемое расстояние до Луны обусловлено логикой, а не восприятием, вывод о том, что эти различные сообщения — некоторые сообщают о более близких расстояниях, а другие нет — вероятно, являются следствием предвзятости ответов. [11] Тем не менее, объяснение с помощью кажущегося расстояния чаще всего встречается в учебниках.
Исторически наиболее известной альтернативой теории «кажущегося расстояния» была теория «относительного размера». Она утверждает, что воспринимаемый размер объекта зависит не только от его размера на сетчатке, но и от размера объектов в его непосредственном визуальном окружении. В случае иллюзии Луны объекты в непосредственной близости от горизонта Луны (то есть объекты на горизонте или около него) демонстрируют мелкие детали, которые заставляют Луну казаться больше, в то время как зенитная Луна окружена большими пространствами пустого неба, которые заставляют ее казаться меньше. [14]
Эффект иллюстрируется классической иллюзией Эббингауза , когда круг кажется больше, если он окружен меньшими кругами, чем если он окружен большими кругами.
Согласно гипотезе «угла зрения», иллюзия Луны возникает из-за изменений положения глаз на голове, сопровождающих изменения угла возвышения Луны. Хотя это объяснение когда-то было популярным, сейчас оно не имеет большой поддержки. [3] Если смотреть сквозь ноги на горизонт, Луна заметно уменьшает иллюзию, но это может быть связано с тем, что изображение на сетчатке перевернуто. Поднятие глаз или наклон головы в вертикальном положении дает лишь очень небольшое уменьшение иллюзии. [2]
Иммануил Кант ссылается на иллюзию Луны в своем тексте 1781 года «Критика чистого разума» , когда он пишет, что «астроном не может помешать себе увидеть Луну больше при ее восходе, чем некоторое время спустя, хотя он и не обманывается этой иллюзией». [15] Выше цитировался Шопенгауэр (1813). Уэйд [1] кратко суммирует исторические ссылки на иллюзию Луны, начиная с Аристотеля ; он перечисляет цитаты Аристотеля (~330 до н. э.), Птолемея (~142, 150), Ибн аль-Хайтама (Альхазена) (1083), Джона Пешама (~1280), Леонардо да Винчи (~1500), Рене Декарта (1637), Бенедетто Кастелли (1639), Пьера Гассенди (1642), Томаса Гоббса (1655), Ж. Рохо (1671), Николя Мальбранша (1674), Уильяма Молинье (1687), Дж. Уоллиса (1687), Джорджа Беркли (1709), Дж. Т. Дезагюлье (1736), У. Портерфилда (1737), Р. Смита (1738), К. Н. Ле Ката (1744), Д. Хартли (1749), Томаса Янга (1807) и Карл Фридрих Гаусс (1830).