Иллюзия Луны: Почему Луна кажется больше у горизонта?

Введение

Воспринимаемое изменение размеров Луны
Видимое изменение размеров Луны – это оптическая иллюзия, из-за которой Луна кажется больше у горизонта, чем в верхней части неба. Она известна с древних времен и зафиксирована в различных культурах. Объяснение этой иллюзии до сих пор остается предметом споров.

Доказательство иллюзии

Угол, под которым виден диаметр полной Луны в глазу наблюдателя, можно измерить непосредственно с помощью теодолита, чтобы показать, что он остается постоянным при восходе или заходе Луны. Фотографии Луны, сделанные на разной высоте, также демонстрируют, что ее размер не меняется. Простой способ убедиться в том, что этот эффект – иллюзия, заключается в том, чтобы держать небольшой камешек (например, шириной в палец) на вытянутой руке с закрытым одним глазом, расположив его так, чтобы он закрывал (заслонял) полную Луну, когда она находится высоко в ночном небе. Затем, когда кажущаяся очень большой Луна находится на горизонте, тот же камешек также ее закроет, показывая, что размер Луны не изменился. У разных полнолуний угловой диаметр Луны может изменяться от 29,43 угловых минут в апогее до 33,5 угловых минут в перигее – это изменение составляет около 14% видимого диаметра или 30% видимой площади. Это объясняется эксцентриситетом орбиты Луны.

Возможные объяснения

Размер рассматриваемого объекта можно объективно измерить как угловой размер (угол, под которым он виден глазу, соответствующий доле поля зрения, которую он занимает), или как физический размер (его фактический размер, измеряемый, например, в метрах). Однако воспринимаемый размер лишь слабо связан с этими понятиями. Например, если два идентичных, знакомых объекта разместить на расстоянии пяти и десяти метров соответственно, то более удалённый объект будет занимать примерно половину угла зрения, чем более близкий, но обычно он воспринимается как объект того же размера (это явление называется постоянством размера), а не как объект вдвое меньшего размера. И наоборот, если бы более удалённый объект занимал тот же угол зрения, что и более близкий, то он обычно воспринимался бы как вдвое больше. Таким образом, один из вопросов, касающихся иллюзии Луны, заключается в том, кажется ли луна больше у горизонта из-за того, что её воспринимаемый угловой размер кажется больше, или из-за того, что её воспринимаемый физический размер кажется больше, или из-за комбинации этих факторов. В настоящее время единого мнения по этому вопросу нет. Большинство современных исследований иллюзии Луны проводятся психологами, специализирующимися на восприятии человеком. Книга 2013 года «Иллюзия Луны» под редакцией Хершенсона содержит 19 глав, написанных разными исследователями иллюзий, которые пришли к различным выводам. Они утверждают, что величина иллюзии варьируется, но обычно проявляется в кажущемся увеличении диаметра примерно на 50 процентов. Наиболее важным фактором является вид местности, но небольшой вклад вносят и другие факторы, такие как угол зрения, поза и движения глаз.

Преломление и расстояние

Птолемей попытался объяснить лунную иллюзию атмосферной рефракцией в «Альмагесте», а позднее (в «Оптике») — как оптическую иллюзию, вызванную кажущимся расстоянием или затруднением при взгляде вверх, хотя интерпретации описания в «Оптике» являются предметом споров. Подобным образом Клеомед (около 200 г. н. э.) в своей книге по астрономии объяснял иллюзию как рефракцией, так и изменением кажущегося расстояния.

Гипотеза видимого расстояния

Теория кажущегося расстояния, по-видимому, была впервые четко описана Клеомедом около 200 года н.э. Теория предполагает, что Луна на горизонте кажется больше, чем Луна в зените, потому что она выглядит более удаленной. Ибн аль-Хайтам был более конкретен: его аргумент заключался в том, что оценка расстояния до объекта зависит от наличия непрерывной последовательности промежуточных объектов между объектом и наблюдателем; однако, поскольку между Землей и Луной нет промежуточных объектов, воспринимаемое расстояние слишком мало, и Луна кажется меньше, чем на горизонте. Сама гипотеза о кажущемся расстоянии является проблематичной с научной точки зрения, поскольку она объясняет восприятия как следствие восприятий: Луна выглядит дальше, потому что она выглядит больше. Тем не менее, за этой взаимосвязью, вероятно, стоят сложные внутренние процессы. В 1813 году Шопенгауэр писал об этом, называя лунную иллюзию «чисто интеллектуальной или мозговой, а не оптической или чувственной». Мозг получает сенсорные данные от глаза и воспринимает Луну как большую, поскольку «наше интуитивное понимание рассматривает все, что видно в горизонтальном направлении, как более удаленное и, следовательно, как большее, чем объекты, видимые в вертикальном направлении». Мозг привык видеть объекты земных размеров в горизонтальном направлении, а также учитывать влияние атмосферной перспективы, по мнению Шопенгауэра. Если Луна воспринимается как находящаяся в той же области, что и другие объекты на небе, то ожидается, что она также будет казаться удаляющейся при приближении к горизонту, что должно привести к уменьшению изображения на сетчатке. Однако, поскольку изображение на сетчатке остается примерно одинаковым, независимо от того, находится ли Луна близко к горизонту или нет, мозг, пытаясь компенсировать перспективу, предполагает, что Луна, находящаяся низко над горизонтом, должна быть физически больше. Обширные эксперименты, проведенные Кауфманом и Роком в 1962 году, показали, что решающим фактором, вызывающим иллюзию, является изменение структуры сигналов о расстоянии, сопоставимое с иллюзией Понцо. Луна на горизонте воспринимается как находящаяся в конце удаляющейся местности, сопровождаемой отдаленными деревьями, зданиями и так далее, что указывает на ее большую удаленность, в то время как эти сигналы отсутствуют при взгляде на Луну в зените. Эксперименты, проведенные многими другими исследователями, подтвердили тот же результат: когда сигналы о большом расстоянии удаляются из вида Луны на горизонте, она кажется меньше. Когда в вид Луны в зените добавляются сигналы об увеличенном расстоянии, она кажется больше. Потенциальной проблемой для теории кажущегося расстояния является то, что лишь немногие люди (около 5%) воспринимают Луну на горизонте как одновременно большую и более удаленную. Действительно, большинство людей (около 90%) утверждают, что Луна на горизонте кажется как больше, так и ближе, чем Луна в зените (Boring, 1962; Hershenson, 1982; McCready, 1965, 1986; Restle, 1970). Остальные в основном говорят, что она кажется больше и находится примерно на том же расстоянии, что и Луна в зените, а некоторые вообще не испытывают лунной иллюзии. Однако ответ, что Луна на горизонте кажется больше, но не ближе, чем Луна в зените, может быть связан с тем, что логика наблюдателя искажает его восприятие: поскольку наблюдатель знает, что Луна физически не может быть дальше, он не осознает свое восприятие. Это подтверждается идеей о том, что мозг не сознательно воспринимает расстояние и размер, поскольку пространственное восприятие является подсознательным ретинокортикальным познанием. В поддержку предположения о том, что сообщаемое расстояние до Луны обусловлено логикой, а не восприятием, свидетельствует тот факт, что эти различные отчеты — с указанием на разные расстояния — вероятно, связаны со смещением ответов. Эффект иллюстрируется классической иллюзией Эббингауза, где круг кажется больше, когда он окружен меньшими кругами, чем когда он окружен большими кругами.

An apparent distance theory evidently was first clearly described by Cleomedes around 200 A. D. The theory proposes that the horizon Moon looks larger than the zenith Moon because it looks farther away. Ibn al Haytham was more specific: his argument was that judging the distance of an object depends on there being an uninterrupted sequence of intervening bodies between the object and the observer; however, since there are no intervening objects between the Earth and the Moon, the perceived distance is too short and the Moon appears smaller than on the horizon. that the apparent distance hypothesis is problematic scientifically because it explains perceptions as consequences of perceptions: the Moon looks farther away because it looks larger. However, there are probably complex internal processes behind this relationship. In 1813, Schopenhauer wrote about this, that the Moon illusion is "purely intellectual or cerebral and not optical or sensuous." The brain takes the sense data that is given to it from the eye and it apprehends a large Moon because "our intuitively perceiving understanding regards everything that is seen in a horizontal direction as being more distant and therefore as being larger than objects that are seen in a vertical direction." The brain is accustomed to seeing terrestrially sized objects in a horizontal direction and also as they are affected by atmospheric perspective, according to Schopenhauer. If the Moon is perceived to be in the general vicinity of the other things seen in the sky, it would be expected to also recede as it approaches the horizon, which should result in a smaller retinal image. But since its retinal image is approximately the same size whether it is near the horizon or not, the brain, attempting to compensate for perspective, assumes that a low Moon must be physically larger. Extensive experiments in 1962 by Kaufman and Rock showed that a crucial causative factor in the illusion is a change in the pattern of cues to distance, comparable to the Ponzo illusion. The horizon Moon is perceived to be at the end of a stretch of terrain receding into the distance, accompanied by distant trees, buildings and so forth, all of which indicate that it must be a long way away, while these cues are absent from the zenith moon. Experiments by many other researchers have found the same result; namely, when pictorial cues to a great distance are subtracted from the vista of the large looking horizon Moon it looks smaller. When pictorial cues to an increased distance are added into the vista of the zenith Moon, it appears larger. A potential problem for the apparent distance theory has been that few people (perhaps about 5%) perceive the horizon Moon as being both larger and farther away. Indeed, most people (perhaps 90%) say the horizon Moon looks both larger and closer than the zenith Moon (Boring, 1962; Hershenson, 1982; McCready, 1965, 1986; Restle, 1970). Most of the rest say it looks larger and about the same distance away as the zenith Moon, with a few people reporting no Moon illusion at all. However, the response that the horizon Moon appears larger, but not closer than the zenith Moon could be because the viewer's logic confounds their perception; because the viewer knows that the Moon can't possibly be physically farther away, they are not consciously aware of the perception. This is reinforced by the idea that the brain does not consciously perceive distance and size, as spatial awareness is a subconscious, retino cortical cognition. In line with the possibility that the reported distance of the Moon is due to logic, rather than perception, is the finding that these varying reports—with some reporting closer distances and others not—are likely due to response biases. The effect is illustrated by the classic Ebbinghaus illusion, where a circle appears larger when surrounded by smaller circles, than it does when surrounded by larger circles.

Гипотеза угла взгляда

Согласно гипотезе "угол взгляда", иллюзия Луны возникает из-за изменений в положении глаз в голове, сопровождающих изменения угла возвышения Луны. Хотя когда-то это объяснение было популярно, в настоящее время оно не имеет существенной поддержки. Шопенгауэр (1813) был упомянут выше. Уэйд кратко суммирует исторические упоминания об иллюзии Луны, начиная с Аристотеля; он приводит цитаты Аристотеля (~330 до н.э.), Птолемея (~142, 150), Ибн аль-Хайтама (Альхазена) (1083), Джона Пикхема (~1280), Леонардо да Винчи (~1500), Рене Декарта (1637), Бенедетто Кастелли (1639), Пьера Гассенди (1642), Томаса Гоббса (1655), Ж. Роо (1671), Николя Мальбранша (1674), Уильяма Молино (1687), Дж. Уоллиса (1687), Джорджа Беркли (1709), Дж. Т. Дезагюлье (1736), У. Портерфилда (1737), Р. Смита (1738), Ш. Н. Ле Ка (1744), Д. Хартли (1749), Томаса Юнга (1807) и Карла Фридриха Гаусса (1830).