Mắt con người có thể nhìn bao xa?

Nếu không bị các yếu tố khác ảnh hưởng, thực tế mắt con người có thể nhìn được vô cùng xa. Có thể lấy các ví dụ như sau:

• Nếu đứng trên bề mặt của Trái Đất: Đứng trên một mặt phẳng, mắt cách mặt đất khoảng 5 feet (~ 1,5 m) thì mắt có thể nhìn ra xa được về phía trước khoảng 3 dặm (~ 4,8 km).
• Phát hiện ánh sáng từ ngọn nến: Các nhà nghiên cứu kết luận rằng nếu không bị vướng vật cản thì một người khỏe mạnh với tầm nhìn bình thường có thể nhìn thấy ánh sáng từ một cây nến cách xa khoảng 1,6 dặm (~ 2,59 km).
• Nếu đứng ở một vị trí rất cao so với mực nước biển: Lúc này mắt người có thể nhận ra các vật từ khoảng cách xa hàng chục, thậm chí hàng trăm km.

Khi đứng trên mặt đất, điều gì sẽ ảnh hưởng tới khoảng cách con người có thể nhìn? Chúng bao gồm:

• Thị lực, bao gồm tình trạng sức khỏe và hoạt động chức năng của mắt.
• Kích thước của đối tượng mục tiêu.
• Bề mặt cong của Trái Đất (do Trái Đất có hình cầu).
• Chướng ngại vật cản trở tầm nhìn.

Hãy lần lượt tìm hiểu tác động của các yếu tố trên lên khoảng cách mắt có thể nhìn được.

1.1 Thị lực và tầm nhìn của mắt

Thuật ngữ “thị lực” được sử dụng để mô tả độ rõ khi mắt nhìn nhận các đối tượng. Ở khía cạnh chuyên ngành, thị lực bình thường của mắt là 20/20, nghĩa là một vật thể (có thể nhìn thấy được) ở cách xa mắt một khoảng cách 20 feet (~ 6 m) thì mắt vẫn có thể nhìn thấy rõ ràng.

Nếu một người có thị lực 20/100, điều đó có nghĩa người đó có thị lực chỉ có thể nhìn rõ vật thể ở khoảng cách 20 feet, trong khi đa số mọi người đã có thể nhìn rõ vật thể ở khoảng cách xa hơn là 100 feet (~ 30 m).

Ngược lại, nếu một người có thị lực là 20/12 thì đa số mọi người chỉ có thể nhìn rõ khi vật thể ở khoảng cách 12 feet (~ 3,6 m) trong khi người đó lại có thể nhìn rõ khi vật ở khoảng cách xa hơn là 20 feet.

Khi mắt nhìn vào một vật thể nào đó, một loạt các quá trình sẽ diễn ra để con người có thể nhận diện được vật thể:

• Ánh sáng phản chiếu từ vật thể đi qua giác mạc - là lớp ngoài trong suốt của mắt.
• Ánh sáng sau khi qua giác mạc sẽ vào trong đồng tử - là lỗ màu đen ở trung tâm mắt.
• Các cơ ở mống mắt - khu vực có màu ở xung quanh đồng tử, sẽ hoạt động để thay đổi kích cỡ của đồng tử cho phù hợp với ánh sáng bên ngoài (nhỏ đi khi ánh sáng mạnh và lớn hơn khi ánh sáng yếu).
• Chùm tia sáng đi qua thấu kính và hội tụ trên võng mạc - bộ phận nằm ở phía sau mắt, nơi tập trung nhiều các tế bào thần kinh nhận cảm ánh sáng (như tế bào hình que, tế bào hình nón).
• Các tế bào thần kinh nhận cảm ánh sáng sẽ chuyển các cảm nhận ánh sáng thành xung điện thần kinh, chuyển chúng về não bộ qua các đường dẫn truyền thần kinh để não bộ xử lý, tái tạo hình ảnh và nhận diện vật thể.

Trong điều kiện tất cả các bộ phận và quá trình xử lý cần thiết cho việc nhận diện vật thể đều hoạt động bình thường thì tầm nhìn của mắt sẽ bị giới hạn bởi:

• Đường nhìn.
• Ánh sáng.
• Kích cỡ của vật thể mục tiêu.

1.2 Bề mặt cong của Trái Đất

Đường nhìn là cụm từ dùng để mô tả bất kỳ một góc nhìn không bị cản trở nào từ mắt của con người tới vật thể là mục tiêu muốn quan sát. Trên thực tế có rất nhiều vật cản khác nhau cản trở tầm nhìn mà có thể dễ dàng nhận ra, như cây cối, các tòa nhà, thậm chí là các đám mây,... nhưng có một yếu tố lớn làm giảm đường nhìn mà ít người biết tới, đó chính là bề mặt cong của Trái Đất.

Trái Đất cong khoảng 8 inch (~ 20,3 cm) mỗi dặm (~ 1,6 km), dẫn tới khi đứng trên bề mặt phẳng với mắt cách mặt đất 5 feet (~ 1,5 m) thì chỉ có thể nhìn thấy xa nhất khoảng 3 dặm (~ 4,8 km).

1.3 Góc nhìn và đường nhìn

Nếu đang nằm trên bãi biển và nhìn ra biển xa thì khoảng cách tối đa mắt nhìn được ra phía biển chỉ khoảng một dặm (~ 1,6 km). Nhưng đó là trường hợp vị trí của mắt so với mặt đất là khá gần, còn nếu ở vị trí khác cao hơn, thì có thể quan sát được khoảng cách lớn hơn rất nhiều, bởi ở vị trí càng cao thì càng ít bị ảnh hưởng bởi bề mặt cong của Trái Đất.

1.4 Độ sáng ảnh hưởng tới khoảng cách nhìn xa

Lấy ví dụ là chòm sao Thiên Cầm (Lyra) với ngôi sao sáng nhất của nó là Chức Nữ (Vega), cách Trái Đất 25 năm ánh sáng. Nếu không được hỗ trợ bởi các dụng cụ quang học như kính thiên văn hay ống nhòm thì sao Chức Nữ bằng mắt thường nhìn giống như một ánh nến trong bầu trời đêm. Các nhà khoa học đã tiến hành đo độ sáng của các ngôi sao bằng cấp sao (magnitude).Và một số nhà nghiên cứu tới từ Đại học A&M Texas đã làm thí nghiệm rồi kết luận rằng nếu một cây nến thực đang cháy ở khoảng cách khoảng 1286 feet (~ 392 m) sẽ có độ sáng tương tự như độ sáng của sao Chức Nữ.Các nhà nghiên cứu còn tiến hành nhiều thí nghiệm sâu hơn để xác định xem nếu trên bề mặt Trái Đất thì khoảng cách xa nhất mà mắt người có thể nhìn thấy ánh nến đang cháy là bao xa, và kết luận cuối cùng là với một thị lực bình thường, hoàn toàn không có yếu tố nào khác cản trở, khoảng cách xa nhất đạt được là khoảng 1,6 dặm (~ 2,59 km).

• Bề mặt Mặt Trăng: Mặt Trăng cách Trái Đất khoảng 238900 dặm (~ 384472 km), và trong những buổi đêm không có mây, mắt người thậm chí có thể nhìn được các miệng núi, thung lũng hoặc bình nguyên trên Mặt Trăng.
• Đỉnh Everest: Tầm nhìn khi đứng trên đỉnh núi Everest thuộc dãy Himalayas ở độ cao khoảng 29000 feet (~ 8839 m) so với mực nước biển sẽ là gần 211 dặm (~ 339,6 km) tới mọi hướng. Tuy nhiên ở độ cao lớn như vậy tầm nhìn sẽ bị ảnh hưởng rất lớn bởi lượng mây dày.