Baza wiedzy
Dlaczego czerwone światło
używane jest do sygnalizacji w ciemności?
Wpatrując się w nocne niebo, ciemny pokój czy późny krajobraz nowoczesnego miasta, uważny obserwator dostrzeże regularnie pojawiające się w polu widzenia czerwone punkty. Niewielkie sygnalizatory w tym kolorze montowane są na skrzydłach samolotów, urządzeniach multimedialnych oraz dachach wieżowców – wszystko to, aby precyzyjnie wskazywać ich położenie w przestrzeni.
Dlaczego jednak to właśnie czerwone światło wykorzystywane jest do sygnalizacji w ciemności?
Intuicyjnie, białe oświetlenie może wydawać się lepszym rozwiązaniem ze względu na kontrast z mrokiem. Mimo to, na podstawie właściwości fal elektromagnetycznych, a także sposobu funkcjonowania ludzkiego wzroku, możemy dojść do odwrotnych wniosków.
Skomplikowany mechanizm wzroku jest w stanie zobaczyć fale czerwone „jako ostatnie” przed momentem, odbieranym przez siatkówkę jako mrok
Chociaż w dobie technologii zmysł wzroku wystawiany jest na warunki inne niż w początkowych fazach jego ewolucji, fizjologia wzroku pozostaje niezmienna. Człowiek odbiera za jego pomocą większość informacji o otoczeniu, czynność zmysłu jest zatem wyjątkowo skomplikowana. Bodźce wzrokowe rejestrowane są na siatkówce – wewnętrznej błonie gałki ocznej, usytułowanej w tylnej części oka. Na siatkówkę składa się aż 7 typów komórek, tworzących 10 zróżnicowanych morfologicznie warstw. Początkowo, promienie światła wpadają do oka przez rogówkę oraz źrenicę. Następnie, załamywane na soczewce i w wypełniającej gałkę oczną cieczy wodnistej, pokonują aż 8 warstw siatkówki, aby aktywować receptory świetlne: pręciki, kodujące informacje przy niskim natężeniu światła oraz czopki, odpowiadające za widzenie ostre i w kolorze. Sygnały z obydwu typów receptorów, umiejscowionych w różnych miejscach siatkówki transportowane są ”wstecz” przez warstwy błon, jąder i komórek pomocniczych, a z oka biegną do mózgu ośrodkowym nerwem wzrokowym. Pokonując skomplikowaną sieć połączeń neuronalnych, impulsy wzrokowe podlegają zbiorczej analizie w korze płata potylicznego. Dalsza interpretacja informacji wzrokowej zachodzi w strukturach wszystkich czterech płatów mózgu, sugerując złożoność procesu.
Nasuwa się jednak pytanie: w jaki sposób powyższe informacje zyskują na wadze w kontekście sygnalizacji w ciemności?
W uproszczonym rozumieniu, ciemność oznacza brak obecności fal świetlnych. W rzeczywistości, światło to jednak jedynie wąska część spektrum fal elektromagnetycznych, którą może zobaczyć człowiek. Fotoreceptory siatkówki aktywowane są selektywnie przez fale o długości od 400nm do 700nm, nazywane z tego powodu widzialnymi. Fale o długości 700nm, „widzimy” jako czerwone, natomiast te o długości 400nm, jako fioletowe. Końcowo, poszczególne fale świetlne układają się w tęczę, ze względu na charakteryzujące je długość, częstotliwość oraz energię. Zgodnie ze wzorem na długość fali (λ=ν/f), długość (λ) jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości (f) fali – miary ilości wibracji fali na sekundę. Jako najdłuższe z widzialnego spektrum, fale „o kolorze” czerwonym charakteryzują się najmniejszą rejestrowaną przez oko częstotliwością. Skomplikowany mechanizm wzroku jest w stanie zobaczyć fale czerwone „jako ostatnie” przed momentem, kiedy zbyt niska częstotliwość fali odbierana jest przez siatkówkę jako mrok, ponieważ nie pobudza fotoreceptorów.
To właśnie z tego względu zachód Słońca ma dla ludzi kolor czerwony. Czerwony, to kolor widoczny „najdłużej” przez zapadnięciem ciemności, a zatem użycie punktowego czerwonego oświetlenia maksymalizuje szansę, że człowiek będzie w stanie je dostrzec.
Wpływ powietrza na kolor
Dodatkowo, istotnym aspektem właściwości fal świetlnych jest stopień ich rozpraszania w powietrzu. Im krótsza długość fali, tym bardziej będą one rozpraszane w kontakcie z drobinkami powietrza. Obserwując jasne światła reflektorów widzimy, że mieszanka fal o różnych kolorach (tworzących w rezultacie białe światło) zauważalnie rozprasza się w powietrzu. Białe światło nie jest zatem odpowiednie, aby sygnalizować umiejscowienie przedmiotów w przestrzeni. Odwrotnie, wiązka czerwonego światła pozostaje skupiona w atmosferze, co sprawia, że światło czerwone widziane nawet z dalekiej odległości, nadal poprawnie sygnalizuje pozycję samolotu, budynku czy urządzenia multimedialnego. Znaczna długość fal czerwonego światła jest szczególnie ważna, kiedy punktowe sygnalizatory umieszczane są na przedmiotach w ruchu, np. pojazdach drogowych.
Reasumując, użycie światła czerwonego w sygnalizacji w ciemności jest uzasadnione nie tylko ze względu na właściwości fizyczne fal elektromagnetycznych, ale również sposób funkcjonowania układu nerwowego – konkretnie selektywne pobudzenie czopków i pręcików.
- Blackledge, J. M. (2005). Chapter 6 – Scattering Theory. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials. Woodhead Publishing. 160-197.
- Longstaff, A. (2012). Krótkie wykłady: Neurobiologia. (Wróbel Andrzej Zbigniew, Trans.). Wydawnictwo Naukowe PWN.
- Young, P. A., Young, P. H., & Tolbert, D. L. (2020). Neuroanatomia Kliniczna.
(J. Dziewiątkowski, I. Klejbor, P. Kowiański, K. Majak, & J. H. Spodnik, Trans., J. Moryś, Ed.)
(3 ed.). Edra Urban & Partner.
