Параллакс — это смещение или разница в видимом положении объекта, рассматриваемого по двум разным лучам зрения, и измеряется углом или половиной угла наклона между этими двумя линиями. [1] [2] Из-за ракурса ближайшие объекты имеют больший параллакс, чем более удаленные объекты, поэтому параллакс можно использовать для определения расстояний.
Для измерения больших расстояний, например, расстояния планеты или звезды от Земли , астрономы используют принцип параллакса. Здесь термин « параллакс» представляет собой полуугол наклона между двумя линиями обзора звезды, наблюдаемый, когда Земля находится на противоположных сторонах Солнца на своей орбите. [а] Эти расстояния образуют самую низкую ступень так называемой « лестницы космических расстояний », первой в последовательности методов, с помощью которых астрономы определяют расстояния до небесных объектов, служащих основой для других измерений расстояний в астрономии, образующих высшие ступеньки лестницы.
Параллакс также влияет на оптические инструменты, такие как оптические прицелы, бинокли , микроскопы и зеркальные камеры с двумя объективами , которые рассматривают объекты под несколько разными углами. У многих животных, как и у людей, есть два глаза с перекрывающимися полями зрения , которые используют параллакс для восприятия глубины ; этот процесс известен как стереопсис . В компьютерном зрении этот эффект используется для компьютерного стереозрения , и существует устройство, называемое дальномером параллакса , которое использует его для определения дальности, а в некоторых вариантах также высоты до цели.
Простой повседневный пример параллакса можно увидеть на приборных панелях автомобилей, в которых используется игольчатый механический спидометр . Если смотреть прямо спереди, скорость может показывать ровно 60, но если смотреть с пассажирского сиденья, может показаться, что стрелка показывает немного другую скорость из-за угла обзора в сочетании со смещением иглы от плоскости. цифровой циферблат.
Поскольку глаза человека и других животных находятся в разных положениях на голове, они одновременно представляют разные виды. Это основа стереопсиса — процесса, с помощью которого мозг использует параллакс из-за разных взглядов глаз, чтобы получить восприятие глубины и оценить расстояния до объектов. [3]
Животные также используют параллакс движения , при котором животные (или просто голова) двигаются, чтобы получить разные точки зрения. Например, голуби (чьи глаза не имеют перекрывающихся полей зрения и, следовательно, не могут использовать стереопсис) покачивают головой вверх и вниз, чтобы увидеть глубину. [4] Параллакс движения используется также в покачивающейся стереоскопии , компьютерной графике, которая обеспечивает подсказки глубины посредством анимации смещения точки обзора, а не через бинокулярное зрение.
Параллакс возникает из-за изменения точки зрения, происходящего из-за движения наблюдателя, наблюдаемого или того и другого. Главное — относительное движение. Наблюдая параллакс, измеряя углы и используя геометрию , можно определить расстояние .
Измерение расстояний с помощью параллакса является частным случаем принципа триангуляции , который гласит, что можно найти все стороны и углы в сети треугольников, если в дополнение ко всем углам в сети длина хотя бы одной стороны было измерено. Таким образом, тщательное измерение длины одной базовой линии может определить масштаб всей триангуляционной сети. В параллаксе треугольник чрезвычайно длинный и узкий, и, измеряя как его самую короткую сторону (движение наблюдателя), так и небольшой верхний угол (всегда меньше 1 угловой секунды , [5] оставляя две другие близкие к 90 градусам), можно определить длину длинных сторон (на практике считающихся равными).
В астрономии, предполагая, что угол мал, расстояние до звезды (измеряется в парсеках ) является обратной величиной параллакса (измеряется в угловых секундах ): Например, расстояние до Проксимы Центавра составляет 1/0,7687 = 1,3009 парсека (4,243 световых лет). . [6]
На Земле для определения расстояния до цели можно использовать дальномер совпадения или параллакса. При геодезии задача обратной засечки исследует угловые измерения от известной базовой линии для определения координат неизвестной точки.
Наиболее важные фундаментальные измерения расстояний в астрономии основаны на тригонометрическом параллаксе, применяемом в методе звездного параллакса . По мере того как Земля вращается вокруг Солнца, положение ближайших звезд будет немного смещаться на более отдаленном фоне. Эти сдвиги представляют собой углы в равнобедренном треугольнике , где 2 а.е. (расстояние между крайними положениями орбиты Земли вокруг Солнца) составляют базовую часть треугольника, а расстояние до звезды представляет собой длинные катеты равной длины. Величина смещения довольно мала даже для ближайших звезд: она составляет 1 угловую секунду для объекта на расстоянии 1 парсек (3,26 светового года ), а затем уменьшается по угловой величине по мере увеличения расстояния. Астрономы обычно выражают расстояния в парсеках ( угловых секундах параллакса); световые годы используются в популярных средствах массовой информации.
Поскольку параллакс становится меньше с увеличением расстояния до звезды, полезные расстояния можно измерить только для звезд, которые находятся достаточно близко, чтобы иметь параллакс, превышающий точность измерения в несколько раз. Например, в 1990-х годах миссия Hipparcos получила параллаксы для более чем ста тысяч звезд с точностью около миллисекунды дуги [7] , обеспечив полезные расстояния для звезд до нескольких сотен парсеков. Широкоугольная камера 3 космического телескопа Хаббл потенциально может обеспечить точность от 20 до 40 угловых микросекунд , что позволяет надежно измерять расстояния до 5000 парсеков (16 000 световых лет) для небольшого количества звезд. [8] [9] Космическая миссия «Гайя» предоставила столь же точные расстояния до большинства звезд ярче 15-й звездной величины. [10] Расстояния могут быть измерены с точностью до 10% до Галактического центра , находящегося на расстоянии около 30 000 световых лет. Звезды имеют скорость относительно Солнца, которая вызывает собственное движение (поперечное по небу) и радиальную скорость (движение к Солнцу или от него). Первое определяется путем построения графика изменения положения звезд за многие годы, а второе - путем измерения доплеровского сдвига спектра звезды, вызванного движением вдоль луча зрения. Для группы звезд с одним и тем же спектральным классом и схожим диапазоном звездных величин средний параллакс можно получить на основе статистического анализа собственных движений относительно их лучевых скоростей. Этот метод статистического параллакса полезен для измерения расстояний до ярких звезд размером более 50 парсек и гигантских переменных звезд , включая цефеиды и переменные RR Лиры . [11]
Движение Солнца в пространстве обеспечивает более длинную базовую линию, что повысит точность измерений параллакса, известного как вековой параллакс . Для звезд диска Млечного Пути это соответствует средней базовой линии 4 а.е. в год, а для звезд гало базовая линия составляет 40 а.е. в год. Через несколько десятилетий базовая линия может быть на порядки больше, чем базовая линия Земля-Солнце, используемая для традиционного параллакса. Однако вековой параллакс вносит более высокий уровень неопределенности, поскольку относительная скорость наблюдаемых звезд является дополнительным неизвестным. При применении к выборкам из нескольких звезд неопределенность можно уменьшить; неопределенность обратно пропорциональна квадратному корню из размера выборки. [14]
Параллакс движущегося скопления — это метод, при котором движения отдельных звезд в ближайшем звездном скоплении можно использовать для определения расстояния до скопления. Только рассеянные скопления находятся достаточно близко, чтобы этот метод мог оказаться полезным. В частности, расстояние, полученное для Гиад , исторически было важной ступенью на лестнице расстояний.
Для других отдельных объектов могут быть сделаны фундаментальные оценки расстояния при особых обстоятельствах. Если расширение газового облака, такого как остаток сверхновой или планетарная туманность , можно наблюдать с течением времени, то можно оценить расстояние параллакса расширения до этого облака. Однако эти измерения страдают от неточностей в отклонении объекта от сферичности. Расстояние до двойных звезд , которые являются как визуальными , так и спектрально- двойными, также можно оценить аналогичным образом, и они не страдают от вышеуказанной геометрической неопределенности. Общей характеристикой этих методов является то, что измерение углового движения сочетается с измерением абсолютной скорости (обычно получаемой с помощью эффекта Доплера ). Оценка расстояния получается путем вычисления того, насколько далеко должен находиться объект, чтобы его наблюдаемая абсолютная скорость соответствовала наблюдаемому угловому движению.
В частности, параллакс расширения может дать фундаментальную оценку расстояния до очень далеких объектов, поскольку выбросы сверхновых имеют большие скорости расширения и большие размеры (по сравнению со звездами). Кроме того, их можно наблюдать с помощью радиоинтерферометров , которые могут измерять очень малые угловые движения. В совокупности они дают фундаментальные оценки расстояний до сверхновых в других галактиках. [15] Хотя такие случаи ценны, они довольно редки, поэтому они служат важной проверкой последовательности на лестнице дистанции, а не сами по себе как рабочая лошадка.Измерения, выполняемые путем просмотра положения какого-либо маркера относительно измеряемого объекта, подвержены ошибке параллакса, если маркер находится на некотором расстоянии от объекта измерения и не просматривается с правильного положения. Например, при измерении расстояния между двумя делениями на линии с помощью линейки, отмеченной на ее верхней поверхности, толщина линейки будет отделять ее отметки от делений. Если смотреть с позиции, не совсем перпендикулярной линейке, видимое положение сместится, и показания будут менее точными, чем позволяет линейка.
Аналогичная ошибка возникает при считывании положения указателя по шкале в таком приборе, как аналоговый мультиметр . Чтобы помочь пользователю избежать этой проблемы, шкала иногда печатается над узкой полоской зеркала , а глаз пользователя располагается так, что указатель закрывает свое отражение, гарантируя, что линия взгляда пользователя будет перпендикулярна зеркалу и, следовательно, шкала. Тот же эффект изменяет показания скорости, считываемые на спидометре автомобиля водителем, идущим впереди, и пассажиром, находящимся сбоку, значения, считываемые по координатной сетке , без фактического контакта с дисплеем осциллографа и т. д.
При просмотре через стереопросмотр пара аэрофотоснимков создает ярко выраженный стереоэффект ландшафта и зданий. Кажется, что высокие здания «переворачиваются» по направлению от центра фотографии. Измерения этого параллакса используются для определения высоты зданий при условии, что известны высота полета и базовые расстояния. Это ключевой компонент процесса фотограмметрии .
Ошибку параллакса можно увидеть при съемке фотографий с помощью многих типов камер, таких как зеркальные камеры с двумя объективами и камеры с видоискателями (например, камеры с дальномером ). В таких камерах глаз видит объект через другую оптику (видоискатель или второй объектив), чем та, через которую делается фотография. Поскольку видоискатель часто находится над объективом камеры, фотографии с ошибкой параллакса часто оказываются немного ниже, чем предполагалось, классическим примером является изображение человека с отрезанной головой. Эта проблема решена в однообъективных зеркальных камерах , в которых видоискатель смотрит через ту же линзу, через которую делается фотография (с помощью подвижного зеркала), что позволяет избежать ошибки параллакса.
Параллакс также является проблемой при сшивке изображений , например, для панорам.
Параллакс по-разному влияет на прицельные приспособления дальнобойного оружия . В прицелах, установленных на стрелковом оружии , луках и т. д., перпендикулярное расстояние между прицелом и осью запуска оружия (например, осью канала ствола ружья) — обычно называемое « высотой прицела » — может вызвать значительные ошибки прицеливания при стрельбе в цель. на близком расстоянии, особенно при стрельбе по небольшим целям. [16] Эта ошибка параллакса компенсируется (при необходимости) посредством вычислений, которые также учитывают другие переменные, такие как падение пули , парусность и расстояние, на котором ожидается нахождение цели. [17] Высоту прицела можно использовать с выгодой при прицеливании винтовок для полевого использования. Типичная охотничья винтовка (.222 с оптическим прицелом), прицеленная на 75 м, будет по-прежнему полезна на дистанциях от 50 до 200 м (от 55 до 219 ярдов) без необходимости дальнейшей настройки. [ нужна цитата ]
В некоторых оптических инструментах с сеткой , таких как телескопы , микроскопы или в телескопических прицелах («прицелах»), используемых на стрелковом оружии и теодолитах , параллакс может создавать проблемы, когда сетка не совпадает с фокальной плоскостью изображения цели. Это связано с тем, что, когда сетка и цель не находятся в одном и том же фокусе, оптически соответствующие расстояния, проецируемые через окуляр, также различны, и глаз пользователя регистрирует разницу в параллаксах между сеткой и целью (всякий раз, когда положение глаза меняется). ) как относительное смещение друг относительно друга. Термин «сдвиг параллакса» относится к возникающим в результате видимым «плавающим» движениям сетки над целевым изображением, когда пользователь перемещает голову/глаз вбок (вверх/вниз или влево/вправо) за прицелом, [18] т.е. ошибка где прицельная марка не остается на одной линии с оптической осью пользователя .
Некоторые прицелы для огнестрельного оружия оснащены механизмом компенсации параллакса, который состоит из подвижного оптического элемента, позволяющего оптической системе смещать фокус изображения цели на различных расстояниях в одну и ту же оптическую плоскость сетки (или наоборот). Многие оптические прицелы низкого уровня могут не иметь компенсации параллакса, поскольку на практике они все равно могут работать очень приемлемо, не устраняя смещение параллакса. В этом случае прицел часто фиксируют на заданном расстоянии без параллакса, которое лучше всего соответствует его предполагаемому использованию. Типичные стандартные заводские расстояния без параллакса для охотничьих прицелов составляют 100 ярдов (или 90 м), что делает их пригодными для охотничьих выстрелов, дальность которых редко превышает 300 ярдов/м. Некоторые прицелы спортивного и военного типа без компенсации параллакса можно отрегулировать так, чтобы они не имели параллакса на дальностях до 300 ярдов / м, чтобы они лучше подходили для прицеливания на большие дистанции. [ нужна ссылка ] Прицелы для оружия с более короткими практическими дальностями, такие как пневматические винтовки , винтовки кольцевого воспламенения , дробовики и дульнозарядные устройства , будут иметь настройки параллакса для более коротких расстояний, обычно 50 м (55 ярдов) для прицелов кольцевого воспламенения и 100 м (110 ярдов) для дробовики и дульнозарядные устройства. [ нужна цитата ] Прицелы для пневматического оружия очень часто встречаются с регулируемым параллаксом, обычно в форме регулируемого объектива (или для краткости «AO»), и могут регулироваться до 3 метров (3,3 ярда). [ нужна цитата ]
Прицелы с неувеличительным рефлектором или «рефлекторные» прицелы теоретически могут быть «без параллакса». Но поскольку в этих прицелах используется параллельный коллимированный свет, это справедливо только тогда, когда цель находится на бесконечности. На конечных расстояниях движение глаз перпендикулярно устройству вызовет параллаксное движение изображения сетки в точном соответствии с положением глаза в цилиндрическом столбе света, создаваемом коллимирующей оптикой. [19] [20] Прицелы для огнестрельного оружия, такие как некоторые коллиматорные прицелы , пытаются исправить это, фокусируя сетку не на бесконечности, а вместо этого на некотором конечном расстоянии, расчетном целевом диапазоне, где сетка будет показывать очень небольшое движение из-за параллакс. [19] Некоторые производители продают модели прицелов с рефлектором, которые они называют «без параллакса», [21] но это относится к оптической системе, которая компенсирует внеосевую сферическую аберрацию , оптическую ошибку, вызванную сферическим зеркалом, используемым в прицеле, которая может вызвать положение сетки для отклонения от оптической оси прицела при изменении положения глаз. [22] [23]
Из-за расположения орудий полевой или корабельной артиллерии каждое из них имеет несколько разный ракурс цели относительно расположения самой системы управления огнем . Поэтому при наведении своих орудий на цель система управления огнем должна компенсировать параллакс, чтобы огонь каждого орудия сошелся на цель.
Некоторые из скульптурных работ Марка Ренна играют с параллаксом, выглядя абстрактными, пока не будут рассмотрены под определенным углом. Одной из таких скульптур является Дарвиновские ворота (на фото) в Шрусбери , Англия, которые под определенным углом кажутся образующими купол, согласно Исторической Англии , в «форме саксонского шлема с норманнским окном... вдохновленным чертами Церковь Святой Марии, которую в детстве посещал Чарльз Дарвин». [24]
В философско-геометрическом смысле: видимое изменение направления объекта, вызванное изменением позиции наблюдения, которое обеспечивает новую линию обзора. Видимое смещение или разница в положении объекта, если смотреть с двух разных станций или точек зрения. В современном писательстве параллакс также может представлять собой одну и ту же историю или похожую историю примерно из того же периода времени, из одной книги, рассказанную с другой точки зрения в другой книге. Это слово и концепция занимают видное место в романе Джеймса Джойса 1922 года «Улисс» . Орсон Скотт Кард также использовал этот термин, говоря о «Тени Эндера» по сравнению с «Игрой Эндера» .
Эта метафора использована словенским философом Славоем Жижеком в его книге 2006 года « Параллакс », заимствовав концепцию «параллакса» у японского философа и литературного критика Кодзина Каратани . Жижек отмечает
Философский поворот, который следует добавить (к параллаксу), конечно, заключается в том, что наблюдаемое расстояние не является просто «субъективным», поскольку один и тот же объект, существующий «там», рассматривается с двух разных позиций или точек зрения. Скорее, как сказал бы Гегель , субъект и объект по своей сути «опосредованы», так что « эпистемологический » сдвиг в точке зрения субъекта всегда отражает « онтологический » сдвиг в самом объекте. Или, говоря языком Лакана , взгляд субъекта всегда уже вписан в сам воспринимаемый объект, в виде его «слепого пятна», того, что находится «в объекте больше, чем сам объект», точки, из которой сам объект возвращает взгляд. «Конечно, картинка перед моими глазами, но и я тоже в картине»… [25]
- Славой Жижек, Параллакс.
Взаимный наклон двух линий, сходящихся под углом.
Астрон.
Кажущееся смещение или различие кажущегося положения объекта, вызванное действительным изменением (или отличием) положения точки наблюдения;
спец.
угловая величина такого смещения или разницы в положении, представляющая собой угол между двумя прямыми линиями, проведенными к объекту с двух разных точек зрения и представляющая собой меру расстояния до объекта.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
