¿Cómo deben disponerse los ojos adaptados para las observaciones astronómicas?

Un poco de física.

La luz es una onda. Esto significa que cuando la luz pasa a través de una abertura, se difractará . Esto significa que una fuente puntual de luz no se puede visualizar como un punto, ni siquiera con una lente ideal . (Una lente ideal es una lente libre de aberraciones . Dicha lente no puede fabricarse físicamente, por lo que el poder de separación de cualquier lente física será peor que el poder de separación de una lente ideal del mismo diámetro).

El mejor poder de separación posible (es decir, el ángulo de visión mínimo entre dos fuentes puntuales de luz de modo que sus imágenes sean distinguibles) de una lente ideal con un diámetro físico$d$viene dada por la fórmula de Airy :

dónde$\lambda$es la longitud de onda de la luz emitida por las fuentes puntuales. (El resultado está en radianes, para aquellos que se preguntan).

Introduciendo 9 mm como el diámetro máximo de una pupila humana adaptada a la oscuridad, y considerando$\lambda = 555\,\text{nm}$(luz verde para máxima sensibilidad) obtenemos que el poder de separación de un ojo de tamaño humano no puede ser mejor que

Se considera que el poder de separación de un ojo humano normal (= el ojo de una persona con visión normal) es de aproximadamente un minuto de arco.

• Los satélites de Júpiter están justo en el límite exterior de la observación a simple vista para personas con una visión excepcionalmente buena; que alguien pueda separarlos a simple vista es notable, pero no sobrenatural.

  (Las separaciones angulares máximas entre las lunas galileanas y Júpiter están entre 2′ y 10′, más que suficientes para que se resuelvan a simple vista; la dificultad de verlas a simple vista no se debe a la falta de agudeza, sino a la gran diferencia entre el brillo de Júpiter y sus lunas. Júpiter tiene una magnitud aparente de -1,66 cuando está en oposición con el Sol, mientras que las lunas galileanas tienen magnitudes entre 4,6 y 5,6. En pocas palabras, Júpiter es tan brillante que las pobres lunas se hunden en el fondo negro.)

• Los Dogones son fabuladores, lo cual es completamente normal para un pueblo sin escritura. Los ojos de Superman no pueden ser mucho mejores que los ojos humanos ordinarios, a menos que sean enormes .

  (Mi favorito es que los Dogones, que supuestamente sabían que Sirio es una estrella triple, ni siquiera pudieron señalar a Sirio , y Sirio es la estrella más brillante del cielo nocturno).

• El límite de las observaciones astronómicas viene dado directamente por el tamaño físico de la lente del objetivo; la pupila de entrada de los ojos humanos tiene un ancho máximo de 9 mm; un telescopio amateur barato comienza en 60 mm.

Me temo que lo que quieres no es práctico. No es precisamente imposible, pero es tan poco práctico que no puedes construir una criatura (y mucho menos un humanoide) capaz de lo que quieres.

Debe comprender algunos conceptos básicos de las limitaciones de las observaciones astronómicas terrestres para ver por qué.

Con respecto a algunas de las afirmaciones que menciona hechas por personas, tenga en cuenta que una vergonzosa cantidad de astrónomos profesionales en un momento afirmaron poder ver (¡e incluso mapear!) canales en Marte. Por supuesto, no hay canales que pudieran haber visto, pero el poder de autoconvencerse a sí mismo es el único superpoder que realmente posee el ser humano. Así que trate tales informes con escepticismo.

Hay tres limitaciones principales del poder de resolución en longitudes de onda visuales. El primero fue explicado por AlexP en su respuesta . No volveré a entrar en esto, pero básicamente significa que necesita un dispositivo enormemente grande para enfocar la luz y poder resolver los detalles en una longitud de onda determinada.

La segunda razón es el ambiente. A menudo verá a los astrónomos hablar sobre las buenas condiciones de observación. Lo que un astrónomo quiere decir con esto es que puede resolver un planeta como Marte en una bola un tanto borrosa con solo las características más grandes del planeta (por ejemplo, como la Mancha Roja de Júpiter) que se pueden distinguir. La atmósfera a través de la que tiene que mirar significa que cualquier luz que llegue a la atmósfera está distorsionada por miles de millones de pequeños movimientos e interacciones del aire y simplemente no puede resolver los detalles reales.

La tercera razón es la cantidad de fotones que te llegan. La luz de las estrellas es impulsada por poderosas reacciones de fusión interna y es relativamente fuerte, pero los planetas, etc. dependen de la luz reflejada para ser visibles. Eso significa que la luz tiene que llegar al planeta, es débil en el momento en que llega allí y luego solo esa pequeña parte de la luz reflejada se distribuye en todos los ángulos posibles y solo obtenemos una fracción aún más pequeña de esa luz cuando llega a la Tierra. . E incluso eso se reduce aún más por la atmósfera. Para poner eso en perspectiva, para medir la distancia a la Luna con precisión, la NASA colocó un reflector especial en la superficie de la Luna y le disparó un potente láser (dirigido por un poderoso telescopio), y lo que obtuvieron fue el pedido. de aproximadamente un fotón por segundo.

Entonces, ¿qué significa esto en la práctica?

Una buena imagen de Marte en su punto más cercano a nosotros en décadas tomada con un muy buen telescopio aficionado por alguien experimentado y paciente y que entiende lo que está haciendo sería algo como esto:

Esto se explica con considerable detalle en el excelente video de Thunderfoot sobre la observación de Marte en YouTube .

Según explica, esta resolución está por debajo del umbral descrito en la publicación de AlexP, que es un límite teórico sin otros efectos limitantes.

El telescopio utilizado por Thunderfoot para esa imagen era un Cassegrain de 11 "y eso es mucha óptica. No construirás un humanoide con esa cantidad de potencia óptica ni nada parecido.

Me temo que cualquier noción de la ciencia dura de la visión telescópica humanoide (astronómica) real no es realista.

En términos prácticos, los humanos han desarrollado un sistema que les permite hacer esto: se llama pensar . Hemos desarrollado cerebros que están creando herramientas que nos permiten superar nuestras frágiles limitaciones humanas. No necesitamos evolucionar nada más, solo necesitamos seguir usando nuestros cerebros. Esa es la respuesta de la ciencia dura. Un par de buenos binoculares es francamente una muy buena solución para ampliar la visión humana de la forma que desee. En cierto sentido, "evolucionamos" binoculares y telescopios para ese propósito.

Además, en términos prácticos de ciencia dura, no hay ninguna ventaja evolutiva en la evolución de la vista que desea. ¿De qué sirve? No te mantendrá más seguro, no te ayudará a encontrar comida ni a cazar mejor. Le agregará una vulnerabilidad significativa, ya que una óptica tan grande será una verdadera desventaja en cualquier situación en la que esté en peligro. Ese último punto lo convierte en un callejón sin salida evolutivo. Estas son las razones por las que ninguna criatura en la Tierra ha evolucionado como usted describe.

Entonces, la ciencia dura no proporciona un método para resolver su problema. Al contrario, la hace impracticable e innecesaria.

Sin embargo, si tuviera una anatomía diferente, las cosas podrían funcionar de manera diferente. Una criatura con un cuerpo grande, que está cubierto de ojos, podría formar un enorme ojo sin lentes por la noche.

Se volvería aún más salvaje si tuvieras una criatura con mente de colmena y memoria fotorrealista. Podían observar un planeta moviéndose delante de un sol, desde diferentes puntos de vista en un planeta, y luego fusionar ese recuerdo en una observación con un paralaje del tamaño de un planeta.