Почему размер Луны зависит от того, как мы на неё смотрим?

Древние догадывались (а мы благодаря фотоаппаратам знаем точно), что размер Луны неизменен вне зависимости от того, близка она к горизонту или, напротив, сияет высоко в небе. Глаза, однако, дают нам ощущение того, что у горизонта спутник больше, а высоко в небе — меньше.

До недавних пор доминирующим вариантом ответа на вопрос о причинах иллюзии была теория относительного размера. Мол, мозг воспринимает угловые размеры Луны такими же, как угловые размеры ближайшего к ней объекта. В небе сравнивать её не с чем, так что Луна воспринимается глазом сравнительно малой. А близ земли есть деревья, скалы и прочее — и на их фоне она «велика».

А вот Джозеф Антонидес (Joseph Antonides) и Тоширо Кубота (Toshiro Kubota) из Саскуэханнского университета (США) думают по-другому. Да, механизм контрастно-размерной теории проверен в иллюзии Эббингауза. Но типичный размер кажущегося увеличения предметов в такой иллюзии равен 10%. А кажущееся увеличение Луны у горизонта равно двукратному (при предельно нижнем положении, не во всех широтах). Самое интересное, отмечают они, что иллюзия Эббингазуа, как и большинство оптических иллюзий вообще, не исчезает на фото. Луна же на фотографии вовсе не кажется большей, чем на самом деле.

Согласно новой теории, Луна над горизонтом видится за пределами «купола неба», а потому мозг стремится приписать ей бóльшие размеры. (Здесь и ниже илл. J. Antonides, T. Kubota.)

И тут исследователи обращаются к модной теории, гласящей о том, что информация, попадающая в зрительную кору головного мозга, идёт в ней двумя разными потоками. Первый — это бинокулярное зрение. Когда изображение от обоих глаз одинаково, объект должен быть далеко, и чем выше сходство изображений, получаемых обоими глазами, тем дальше он находится.

Второй путь использует встроенную в наше восприятие модель мира. В ней мы интуитивно воспринимаем небо как находящееся на некоторой конечной дистанции от нас, а Солнце и Луну (как и звёзды) — располагающимися перед небом (относительно нас), при этом небо служит им фоном.

В отношении небесных объектов это порождает противоречие. Бинокулярное зрение не обманывает: Луна и в самом деле дальше от нас, нежели небо, причём эта разница достигает сотен раз.

Однако мозг не может работать на основании столь различающихся данных, противоречие надо исключить. Поэтому он искажает проекцию Луны посредством преувеличения различий в картинке, поступающей от одного и другого глаза, а именно такие различия выступают мерилом дальности объекта. Степень же искажения зависит от кажущейся дистанции до небосвода. У земли, где на его фоне видны деревья и другие предметы, небо кажется ближе, что уменьшает противоречие между двумя каналами получения информации. Поэтому у горизонта искажение минимизируется, и мозг позволяет глазам увидеть объект бóльшим.

Иллюзия Эббингауза сохраняет свой эффект и на фото, левый круг всё равно кажется меньше правого, хотя фактически они одинаковы. Луна же на снимке выглядит одинаково, хотя на небе глаза видят её по-разному.

Как проверить идею? Г-да Антонидес и Кубота хотят измерить изменения кажущегося размера Луны с разными «подсказчиками» в открытом поле, долине, в горах, городском ландшафте и так далее. Кроме того, небезынтересно было бы выяснить и то, существует ли иллюзия у людей с отсутствием бинокулярного зрения. Они намерены также исследовать вопрос о точности сообщений, говорящих, что иллюзия исчезает, если мы смотрим на Луну у горизонта вверх ногами, стоя на голове.

Несмотря на внешнюю экстравагантность такого рода исследований, на деле они носят сугубо практический характер. Оба учёных работают над системами компьютерного видения, а потому знают, что некоторые на первый взгляд курьёзные особенности человеческого зрения мешают не только удалённому оператору нормально управлять роботом, но и наблюдателю, получающему картинку от роборазведчика, адекватно оценить её. Так что без чёткого понимания таких вещей не получится ни создать полнофункциональные «искусственные глаза» для людей с нарушением зрения, ни даже эффективно использовать уже существующих телеуправляемых роботов.

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review.