大数跨境

【科普】为什么水下抬头看“天”时总有被照耀的感觉

【科普】为什么水下抬头看“天”时总有被照耀的感觉 三潜社ThreeDivingClub
2020-12-08
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导读:‘必不得已源而去,于斯三者何先?’三潜社重教学,群里除了吃喝玩乐外不乏正经的讨论,这不,有人钓鱼问题了:提问


‘必不得已源而去,于斯三者何先?’


三潜社重教学,群里除了吃喝玩乐外不乏正经的讨论,这不,有人钓鱼问题了:

提问:

为什么在海洋里潜水时,一旦下到一定的深度。抬头看海面,哪怕是白天,也有很大一部分的海面是黑色的,只有正上方一个小圈是有光亮的。这个就和“井”一样的光圈是什么原因导致的?试着用物理现象解释。

这类问题我们一般都会从自己的专业角度思考,比如小编的解剖学层面…………

某大法的高级摄影师层面……

果然人多力量大

有些还汇意成图

顺藤摸瓜找到物理大能

最后,当然有三总监的红包🧧压阵!!!

解铃还须系铃人,感谢Lamorak,又让我们增加了知识!

正经科普

这种现象出自Snell's window,是斯奈尔定律的延伸,具体的解释出自维基百科

Snell's window(也被称为Snell's circle或 optical man-hole)是一种水下观察者通过一个宽度约为96度的光锥看到表面以上的一切的现象。这种现象是由进入水中的光线折射引起的,受斯奈尔定律(Snell's Law)支配。Snell's window外面的区域要么完全黑暗,要么通过完全的内部反射显示水下物体的反射。

水下摄影师有时会从水下创作照片,这样他们的拍摄对象就会落入Snell's window中,而Snell's window会为拍摄对象提供背光和聚焦。

光在两种介质交界面上的折射,包括内部完全反射。
向上看,可以看到水面之上;从一个平的角度看,人们只能看到水底的倒影。

左:光线从水中以一个陡峭的角度穿过,从垂直方向向外弯曲。

中:以临界角度撞击水面的光线被弯曲而沿水面传播。

右:光线以低于临界值的角度照射到表面不能通过;它被反射回水中

从水下直接向上看,水面上方的半球是可见的,被压缩的像一个圆形的鱼眼镜头,最终成为一个圆圈(Snell's window),以临界角为界。临界角圆以外的一切都是从水下反射过来的。

Snell's window的边缘,在这种情况下,是底部反射(蓝绿色)和折射天空和水面上结构(蓝色和灰色)之间的边界。

在理想的条件下,观测者从下面向上看水面,可以看到整个水面以上半球的完美圆形图像——从一个地平线到另一个地平线。由于空气/水边界的折射作用,Snell's window将水面上180度的视角压缩为水下97度的视角,类似于鱼眼镜头的效果。这幅图像的亮度在圆周/视界处下降到零,因为在低掠射角度的入射光更多的是反射而不是折射(见菲涅耳方程, Fresnel equations)。折射对平坦表面上的任何不规则现象(如波纹或波)都非常敏感,这将导致局部畸变或图像完全解体。水中的浑浊会用一团散射的光遮住图像。

通俗地讲

就是因为空气和水不同的密度导致的折射,是在水下的人网上看时,大大的天变得只剩下一点点了。

总结

这个“被照耀”的结论应该是Snell's Window,摄影成像,视觉理论等多方面的相互作用促成的,讨论出真知,应该还有未被体积的理论能解释这个问题,感谢三潜社各学霸的支招,最后,感谢谢开心配图

关于潜水的点点滴滴,想了解更多,直接来撩

部分图片来自网络,侵删

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