相信有觀星經(jīng)驗的小伙伴們都熟悉紅光手電筒這樣一件利器，讓你的雙眼可以在地面和天空間自如轉(zhuǎn)換。一直以來，我們都相信夜視應(yīng)選用紅光保護(hù)視力，但現(xiàn)在，這種傳統(tǒng)認(rèn)知需要重新被審視了!
紅光照明
像在Stellafane2星空大會這樣的觀測基地，常常會采用弱紅光照明。但是紅光波長真的是保護(hù)夜視的最好選擇嗎?
保護(hù)眼睛適應(yīng)暗環(huán)境的能力對于目視天文學(xué)家們來說至關(guān)重要。在這一點上，他們與飛行員、海員、軍人乃至安保人員有著共同的需求，即使只是夜間活動的行人，也會因為沒有“夜盲癥”而受益。但還很少有研究人員研究暴露在微弱的光源下會對視力造成怎樣的損害，或者說哪種顏色的光最不容易干擾人眼對黑暗的適應(yīng)能力。
紅光一直是目視天文學(xué)家們所選擇的傳統(tǒng)照明色，它既可以幫助他們安全夜行，也可以用來于查閱星表。但實際上并沒有數(shù)據(jù)能夠佐證紅光就是最合適這些需求的顏色。
當(dāng)被詢問使用紅光的原因時，天文學(xué)家們經(jīng)常(并且錯誤地)解釋稱在黑暗狀態(tài)下我們的視網(wǎng)膜感受器無法檢測到紅光，因此夜視對紅光免疫。天文學(xué)家們選用紅光的另一個可能或許可以歸結(jié)于在攝影暗室中常選用紅光這一歷史因素。然而，暗室中的紅色燈光與視覺暗適應(yīng)并無關(guān)聯(lián);更確切地說，黑白攝影相紙通常會被做成對紅光不敏感的材質(zhì)，這樣使用者可以在不影響攝影相紙的光線環(huán)境中工作，而不是在完全的黑暗環(huán)境中操作。
《天空與望遠(yuǎn)鏡》雜志2016年6月刊中，作者羅伯特·迪克認(rèn)為，從視覺生理學(xué)的角度來看，對于大多數(shù)人來說，橙色光可能比紅光對視覺影像更小，但他的測試僅限于個人經(jīng)驗，我作為一位受過視覺生理學(xué)研究生訓(xùn)練的醫(yī)生，決定檢驗他的理論。
視覺生理學(xué)速成課程
人視網(wǎng)膜后方的視細(xì)胞——視桿和視錐細(xì)胞，扮演著感受器的角色，它們可以將接收到的光子轉(zhuǎn)化成神經(jīng)脈沖。兩者對不同顏色的光的響應(yīng)也不同：視桿細(xì)胞對綠光的敏感程度比視錐細(xì)胞要高大約1000倍，但二者對紅光的敏感程度相當(dāng)。其中視錐細(xì)胞能夠在明亮光線下分辨顏色，產(chǎn)生明視覺，但無法感知暗弱的光線;視桿細(xì)胞則負(fù)責(zé)在昏暗的光線下提供單色視覺，引起暗視覺，而明亮的光線會使它們很快飽和。而介于明視覺和暗視覺適應(yīng)亮度范圍之間，由視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞同時起作用的視覺稱為中間視覺。
視桿和視錐細(xì)胞
視桿和視錐感受器對可見光的光譜有不同的響應(yīng)。視桿系統(tǒng)比視錐系統(tǒng)對于大多數(shù)顏色的光都更加敏感。但當(dāng)光波長超過620nm以后，兩種系統(tǒng)的光敏感度趨于一致。
在目視天文學(xué)中，望遠(yuǎn)鏡的一個重要功能就是收集足夠的光線，從而使眼睛能夠在中間視覺的狀態(tài)下工作。
許多觀測者誤以為目視天文學(xué)僅僅依賴于暗視覺，但視桿細(xì)胞僅在邊緣視野中提供較低分辨率的單色視覺。視覺的中心落在視網(wǎng)膜上被稱為中央凹的部位，它由緊密排列在一起的視錐細(xì)胞組成。因為只有這里才聚集著這么多密集的視錐細(xì)胞，這也就是為什么只有中央凹才可以感知視覺的細(xì)節(jié)。而離軸視覺(也被稱為余光)的敏感度會隨著每1度的偏離下降50%甚至更多。當(dāng)偏離中心軸10°時，觀測者的視力甚至低于中心視力的20%，我們感知到的邊緣細(xì)節(jié)往往是我們的大腦如法炮制出來的結(jié)果。
因此，只有視錐感受器才能看到月球或行星上錯綜復(fù)雜的紋路，或區(qū)分出兩顆彼此接近的額恒星;視桿感受器在目視天文學(xué)中的作用基本上僅限于檢測不位于視覺中央的黯淡恒星或星云到底存在與否。這也是為什么觀測者有時需要借助余光，讓圖像偏離視軸大約20°，使成像最終落在視桿細(xì)胞密度最大的區(qū)域來觀測星云才會更清晰。不僅如此，視桿細(xì)胞對綠光敏銳的敏感度還能微弱增強觀測者的色彩感知能力。
暗適應(yīng)
完全適應(yīng)黑暗的眼睛要比完全適應(yīng)光亮的眼睛要敏感500,000倍。瞳孔的擴(kuò)張在暗適應(yīng)中只起次要作用，它可以使人眼對光的敏感度迅速增加30倍。暗適應(yīng)的主要過程發(fā)生在視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞內(nèi)，在黑暗的條件下，光化學(xué)物質(zhì)不斷耗盡再生，最終完成對光照敏感的自我調(diào)節(jié)。
視錐細(xì)胞完全適應(yīng)黑暗需要15分鐘，而視桿細(xì)胞則需要至少30到40分鐘。為了區(qū)分極暗弱的物體與深色背景，視桿感受器與許多其它的視桿感受器相互連接，產(chǎn)生共同信號，降低背景噪聲，但也會導(dǎo)致視力對邊緣區(qū)域的敏感度被進(jìn)一步削弱。
我們的目的是尋找在觀測期間使用燈光的強度和顏色的正確組合搭配，好讓光對人眼暗適應(yīng)的影響最小。對于大多數(shù)觀測者來說，他們需要依賴視錐細(xì)胞來觀察細(xì)節(jié)，所以選用紅光可能不會帶來任何好處，因為它會破壞對紅色敏感的視錐細(xì)胞的暗適應(yīng);另一方面，視桿細(xì)胞對藍(lán)綠光非常敏感，這類顏色對保護(hù)視桿感受器來說應(yīng)當(dāng)是最糟糕的顏色。
迪克猜想橙色光(特別是“琥珀色”)可能是最佳的選擇，因為它能夠同時刺激紅色和綠色視錐細(xì)胞，無需像紅光那么明亮，同時還可以避免像藍(lán)綠色光那樣對視桿細(xì)胞產(chǎn)生過度的刺激。
值得注意的是，雖然大多數(shù)人擁有的紅色視錐細(xì)胞數(shù)量約占全部視錐細(xì)胞數(shù)量的70%，但研究人員們最近發(fā)現(xiàn)，在色覺正常的人群中這一占比也可能低至27%到高達(dá)90%不等。這一結(jié)果表明保護(hù)暗適應(yīng)的最佳顏色也可能因人而異。
檢驗
昆士蘭天文節(jié)提供了一個檢驗這一理論的絕佳機(jī)會，我們可以在極其黑暗的條件下對經(jīng)驗豐富的天文學(xué)家們進(jìn)行測試。
10個晚上我對15名天文學(xué)家都進(jìn)行了長達(dá)90分鐘的測試。測試之前，我先確認(rèn)了他們沒有色盲癥、視力不佳、患有糖尿病或具有其它排除標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的疾病，并確定了這些天文學(xué)家們的極限視星等。
當(dāng)被測試者們完全適應(yīng)了黑暗之后，他們需要閱讀筆記本電腦上的驗光視力圖表，并分辨出這些在各種彩色背景上的黑色字母，我則用照度計測量此時的屏幕亮度。進(jìn)行測試的屏幕背景分別是紅色、橙色、綠色、白色，最后是亮紅色。為了檢驗閱讀圖表屏幕會對他們的暗適應(yīng)產(chǎn)生怎樣的影響，經(jīng)過1到4分鐘閱讀圖表，我重新評估了他們的極限視星等。
我使用了兩個指標(biāo)：肉眼直接看到的恒星數(shù)量的變化用于測試他們的視錐細(xì)胞;而是否看到位于測試區(qū)域內(nèi)的煤袋暗星云和附近的小麥哲倫星云對應(yīng)著視桿細(xì)胞的檢驗。
明亮的α南十字座星(右上角)附近布滿了塵埃云，這些塵埃云構(gòu)成了巨大的暗星云——煤袋星云的一部分。被測試者看到煤袋星云和附近的小麥哲倫星云的能力表明他們視桿感受器的敏感程度。
結(jié)果
紅光屏幕需要比綠光屏幕亮三倍，才能使被測試者以基準(zhǔn)視力水平閱讀。橙色光屏幕所需的平均亮度比綠光屏幕亮，但暗于紅光屏幕。不論在閱讀屏幕的1分鐘后還是4分鐘后，橙色光對視錐和視桿視覺暗適應(yīng)的損害都是最小的。正如我們之前預(yù)想的那樣，綠光和白光帶來的損害最為顯著;出人意料的是，明亮的紅色屏幕對于視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的損害與綠色或白色屏幕帶來的損害旗鼓相當(dāng)，這證實了夜視并不會對紅光免疫。綠光雖然明顯比其它顏色暗得多，但對視桿細(xì)胞的視覺卻最具有破壞性。
暴露于各種不同彩色屏幕都會導(dǎo)致人眼可見恒星數(shù)量有不等的下降，但橙色光照明在漆黑的天空下具有明顯的優(yōu)勢;而暴露在綠光、白光或亮紅色光下會使人眼總可見恒星計數(shù)減少約50%。
在15名被測試者當(dāng)中有13名被測試者可以在眼睛暴露在橙色光之后1分鐘時觀測到煤袋星云和小麥哲倫星云;暴露在紅光下之后只有11名被測試者能夠觀測到煤袋星云和小麥哲倫星云，而眼睛暴露在綠光之后觀測到煤袋星云和小麥哲倫星云的人數(shù)下降到僅有6名。眼睛暴露于紅光和橙色光之后4分鐘，以及暴露在綠色、白色或亮紅色光的10分鐘內(nèi)，眼睛的暗適應(yīng)基本上可以完全恢復(fù)。
15名被測試者當(dāng)中會有一到兩個人可能具有較高比例的綠視錐感受器。當(dāng)大部分人對橙色光屏幕亮度的選擇約為紅光屏幕亮度的三分之二，這兩人所需的橙色光屏幕亮度不到紅光屏幕亮度的三分之一。所以我們可以看到這其中存在著顯著的個人差異，或許每個人都有適合自己的屏幕顏色和亮度。
在不同顏色的屏幕光線下，被測試者們閱讀同一測試圖表所需要的屏幕亮度不同。
測試結(jié)果表明，相比紅光，橙色光可能才是用于夜間行走和星表照明的最佳選擇。盡管這個結(jié)論和現(xiàn)有結(jié)論的差異并不足夠顯著，還不足夠說服天文學(xué)家們完全放棄使用現(xiàn)有的紅色燈光，但這也符合國際暗天協(xié)會的建議：采用多含橙色光而非藍(lán)光的光線照亮步行區(qū)，不僅能夠盡量減少光污染，還可以最大程度地提高我們觀察被照亮區(qū)域之外陰影區(qū)域的能力。
鑒于這一發(fā)現(xiàn)會對許多在低光照環(huán)境下工作的人群產(chǎn)生影響，所以展開更廣泛深入的研究是絕對必要的。同時，相信這個研究表明橙色光將會成為新的“紅光”!
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