La scienza del vedere al buio

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Il mondo ludico è ricco di personaggi che, grazie a doti naturali, magiche o tecnologiche, riescono a vedere facilmente in condizioni di illuminazione scarsa o nulla: si va dai visori notturni di Splinter Cell, alla pozione del Gatto di the Witcher, fino alla scurovisione delle creature di Dungeons & Dragons.

Ma come si fa, nel mondo reale, a vedere al buio?
Andiamo a scoprirlo assieme!

Ricettori

Quando la luce entra dalla pupilla dell’occhio, il cristallino, agendo come una lente, la fa convergere su una zona interna dell’occhio chiamata retina: questa zona è ricca di fotoricettori.: questi piccoli sensori reagiscono alla luce che gli arriva, producendo un segnale elettrico che viene trasmesso al cervello tramite il nervo ottico.
La retina è ricca di questi ricettori, ciascuno dei quali ha una specifica posizione, reagisce a un particolare tipo di luce e produce un segnale indipendente: il cervello rimette assieme tutti questi segnali al fine di costruire l’immagine che poi effettivamente vediamo, esattamente come uno schermo produce un’immagine tramite il colore dei singoli pixel.

I ricettori si distinguono in “coni”, che permettono una visione nitida e a colori, ma funzionano bene solo in buone condizioni di illuminazione, e “bastoncelli, che” sono più rapidi e reagiscono anche all’illuminazione scarsa, ma non permettono la vista a colori.
Questo è il motivo per cui, nella parziale oscurità, non riusciamo a distinguere i colori, e sta anche alla base dei fenomeni in cui le persone, in presenza di situazioni di estremo pericolo, a volte smettono di vedere i colori, favorendo l’uso dei bastoncelli che si “aggiornano” più velocemente e disattivando i coni.

Visione notturna

Molte creature del mondo reale sono in grado di vedere molto meglio dell’uomo in condizioni di scarsa illuminazione: basta pensare ai nostri gatti domestici.
Sebbene creature molto lontane da noi, come gli insetti, possono avere organi sensoriali molto diversi dai nostri occhi, quelli dei gatti hanno una struttura molto simile a quella dell’uomo, salvo un paio di accorgimenti.


La loro acuta vista notturna infatti è dovuta a due differenze fondamentali: una quantità maggiore di bastoncelli, che, come abbiamo visto, aiutano a vedere in condizioni di scarsa illuminazione, e quella del Tapetum Lucidum.
Quest’ultimo termine indica una membrana riflettente che si trova dietro la retina del felino: una volta che la luce attraversa la retina,il Tapetum Lucidum la rimbalza indietro, permettendo ai ricettori di essere investiti due volte dall’onda elettromagnetica ed aumentando dunque la probabilità di essere attivati dalla fonte luminosa.
Questo è il motivo per cui gli occhi dei gatti brillano se illuminati, in maniera simile a quelli dello strigo Geralt di Rivia: questo tipo di visione è quella che ci si aspetta, ad esempio, dagli elfi in alcune edizioni di D&D (la cosiddetta “visione crepuscolare”).
Anche la tecnologia umana è riuscita a fornire strumenti per la visione notturna: la maggior parte di questi visori, come quello di splinter-cell, fa uso di un fotocatodo, uno strumento in grado di produrre elettroni i presenza di fotoni, in maniera simile a come fa un nostro fotoricettore.

How Do Night Vision Goggles Work? | Wonderopolis

Questi elettroni vengono accelerati tramite un tubo catodico, simile a quello delle vecchie televisioni, fino a impattare su uno schermo (di solito al fosforo, che da il tipico colore verde) che emette a sua volta luce visibile per noi quando eccitato dagli elettroni.
Attenzione però: questi tipi di visione richiede comunque una fonte di illuminazione, per quanto scarsa.
In una stanza completamente buia e chiusa, è necessario affidarci ad altro.

Visione termica

Le creature che vivono in assenza di luce, ad esempio nelle caverne o sottoterra, sfruttano spesso sistemi percettivi alternativi alla vista, come l’udito, l’olfatto e il tatto (basti pensare al “naso” delle talpe).
Esistono però casi relativamente rari in natura di creature che hanno sviluppato, accanto ad altre forme di rilevazione, la capacità di vedere le cosiddette “radiazioni termiche”.
La luce visibile, infatti, è solo una piccola porzione del più vasto spettro elettromagnetico, che va dalle innocue onde radio ai pericolosi raggi gamma.
Se prendiamo onde elettromagnetiche che hanno frequenze appena inferiori a quelle visibili, troviamo fotoni prodotti principalmente dall’agitazione termica dei corpi: visto che il colore visibile con la lunghezza frequenza minore è il rosso, queste radiazioni sono state chiamate “raggi infrarossi”.
In natura, queste lunghezze d’onda sono percepite da alcuni animali, come ad esempio alcune specie di serpenti e di pipistrelli, che le usano per rilevare altri animali (prede o predatori) in assenza di illuminazione: essa equivale alla visione termica dei predator, mentre in Dungeons & Dragons questo tipo di visione potrebbe spiegare la moderna scurovisione, sebbene in alcune edizioni precedenti la sostituisse con il nome di “infravisione”.
L’uomo è riuscito a replicare questo tipo di fenomeno tramite i cosiddetti visori a infrarossi, più complessi dei precedenti e utilizzati tanto per fini civili, come il rilevamento della temperatura nei vari termoscanner della nostra era post-covid, che militari, per vedere il bersaglio nell’oscurità totale.


Ma se questa visione è così efficace, perché è così poco usata?
La visione a infrarossi presenta alcuni difetti: innanzi tutto le informazioni “cromatiche” vengono sostituite da una scala di intensità che determina la temperatura di un oggetto.
Tuttavia, esattamente come una luce forte impedisce di vedere bene ciò che c’è dietro, una fonte di calore importante può produrre lo stesso problema con la visione a infrarossi.

Se da una parte queste radiazioni permettono, ad esempio, di seguire le impronte calde di essere a piedi nudi sul terreno freddo, dall’altra rendono difficile distinguere oggetti vicini che abbiano la stessa temperatura (cosa che avviene normalmente in caso di “equilibrio termico”, cioè assenza di ulteriore calore aggiunto a un sistema).
Sebbene questo problema si possa ovviare se l’apparato di percezione è in grado di apprezzare piccole differenze di temperatura (in tal caso basterebbe un movimento d’aria a temperatura differente, scaldata anche solo dal corpo della persona, per percepire i contorni degli oggetti), l’infravisione mantiene comunque numerosi altri piccoli difetti, ad esempio l’incapacità di vedere attraverso i vetri o il riflesso sulle superfici metalliche.

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