Kép

Égi csodajelek helyett egyszerű optika

A régi kor embere számos alkalommal volt szemtanúja különféle égi tüneményeknek, amiket a fennmaradt feljegyzések és metszetek tanúsága szerint sokszor különböző pozitív vagy negatív események előjeleként vagy isteni figyelmeztetésként értelmeztek. A nappali és éjszakai égbolt ismert mozgású égitestei és csillagai mellett feltűnő ismeretlen, megmagyarázhatatlan jelenségek mindig megbolygatták a hétköznapi életet. Nem véletlen, hogy a legijesztőbb események közé tartozott az állandóságot megszakító teljes napfogyatkozás, egy nagyobb meteorzápor, vagy egy fényes üstökös feltűnése. Az idő múlásával egyre több jelenségre született tudományos magyarázat, ám a most bemutatott meteorológiai jelenségkör kialakulása is sokáig rejtély maradt, nagy riadalmat okozva ezzel a megfigyelőknek.

A legkorábbi hazai vonatkozású forrás szerint 1038-ban Szent István halála után „július hónapban két napot is látának az égbe”. 1544 márciusában Erdélyben „három Napot észleltek…”, majd júniusban ugyanitt „…hasonlóképp öt Napot, s a természetes Napot nem lehetett felismerni!”. Vajon mi okozhatta ezt a különleges látványt? Ma már tudjuk, hogy ezek a fényjelenségek a halók közé tartoznak, feltűnésük pedig akkor lehetséges, ha a légkörben megfelelő jégkristályok milliárdjai vannak jelen, amiken áthaladva megtörik, vagy azokról visszaverődik a Nap vagy a Hold fénye. Bővebben…

Kép

Hibásan festenek a festett villámok

Évszázadokon át pontatlanul festették a művészek a villámokat egy 100 villámfestményt és 400 villámfotót elemző tanulmány szerint. Az eredmények azt mutatják, hogy míg a középkorban ábrázolt cikcakkos villámágak köszönőviszonyban sem álltak a valósággal, addig napjaink festői már reálisabb villámfestményeket készítenek.

Az emberiség kezdettől fogva igyekezett megörökíteni a körülötte lévő világot, eleinte főként barlangrajzok, később pedig rézkarcok, szobrok, festmények és rajzok formájában is. Amint azonban ezeket a műalkotásokat a modern természettudomány górcsövén át szemléljük, számtalan esetben találhatunk olyan hibás ábrázolásokat, ahol a megörökített látvány nem tükrözi hűen a valóságot. A különös légköri fényjelenségeket ábrázoló régi metszeteken például igen gyakoriak a pontatlanságok, néhány éve pedig azt is tudjuk, hogy az ősemberek biomechanikai szempontból pontosabban ábrázolták a négylábúak járását, mint a későbbi korok művészei. Az új tanulmány szerint úgy fest, hogy bőven akadnak hibák a villámfestményeken is.

A fotózás hajnala előtt készült, zivatarokat ábrázoló festményeket szemlélve mindenkinek feltűnhet, hogy azokon a villámok olyan lépcsőzetes cikcakk alakzatban szelik át az eget, amilyeneket a Jupiter istent formáló ókori görög szobrok kezében is gyakran lehet látni. Mindez az 1880-as években William Nicholson Jenningsnek, a Pennsylvania Railroad fotósának is feltűnt, majd elkezdte foglalkoztatni őt a kérdés, hogy vajon ezek a furcsa villámok mennyiben hasonlíthatnak a valódiakra. A rejtély 1882 őszén oldódott meg, amikor Jennings a történelem első villámfotóinak elkészítésével elsőként igazolta a villámok cikcakkoktól teljesen eltérő formai sokféleségét, nagy hatást gyakorolva ezzel a későbbi meteorológiai kutatásokra és a művészetre is.

Jennings ezen úttörő munkája által inspirálva az ELTE kutatói számszerűen is megvizsgálták, hogy a festményeken ábrázolt villámok mennyire valósághűek, amihez egy adott villámot három mérőszámmal – a villámágak számával, a főág relatív hosszával és annak cikcakkosságával – jellemeztek. Az összehasonlító vizsgálat eredményei szerint a festett és a valódi villámok leginkább a villámágak számában különböznek: míg az elemzett festményeken látszó villámok maximális ágszáma 11 volt, addig a valódi villámoké 51. Elmondható ugyanakkor az is, hogy a művészek Jennings úttörő munkája után a korábbiaknál több elágazó villámot festettek, a kétezres években pedig – vélhetően a digitális fényképezőgépek térnyerése miatt – jelentősen megnőtt a többágú villámfestmények száma.

A kapott eredmények pontosabb megértéséhez a kutatók tíz tesztalany bevonásával pszichofizikai kísérletsorozatot is végeztek, melynek során a művészeket megtestesítő résztvevők monitoron 0.5, 0.75 és 1 másodpercre felvillantott villámfotókon becsülték a villámágak számát. E vizsgálat eredményeiből a kutatók arra következtettek, hogy a művészek azért festhettek maximum 11 ágú villámokat, mert a villámlás pillanatnyi időtartama alatt az ember csak 11 elágazásig képes megbecsülni a villámok ágszámát. 11 ág felett még a maximális 1 másodperces észlelési idő sem elegendő az ágszám helyes becsléséhez.

Stromp et al. (2018) How realistic are painted lightnings? Quantitative comparison of the morphology of painted and real lightnings: a psychophysical approach. Proceedings of the Royal Society A. 474. article no. 20170859. ¤ Festmény: Caspar Wolf (1774): Lower Grindelwald Glacier with lightning

Cikkem a National Geographic honlapján.

Kép

Új megvilágításban a téli elhízás?

A karácsonyi bejglidömping és a szilveszteri lencse mellett a fényhiány is felelős lehet a téli súlygyarapodásért egy véletlen felfedezés szerint. Úgy tűnik ugyanis, hogy a bőrünk alatt lévő zsírszövetek összezsugorodnak, ha kék hullámhossztartományba eső fénynek vannak kitéve, ha pedig a sötét téli időszakban mindez kevesebbszer történik meg, az az összezsugorodások elmaradásával elősegítheti testünkben a zsírraktározást. A szoliba azért még ne rohanjunk: bár a felfedezés valóban új kutatási irányokat nyithat meg az elhízás és a kapcsolódó betegségek kezelése kapcsán, a részletek egyelőre nem tisztázottak, így többek között a jelenséget előidéző minimális fényintenzitás és a fénynek való kitettség szükséges időtartama sem ismert.

Ondrusova et al. (2017) Subcutaneous white adipocytes express a light sensitive signaling pathway mediated via a melanopsin/TRPC channel axis. Scientific Reports 7. article no. 16332
Kép

Megtévesztett rovaroktól az innovációig

Ki gondolná, hogy lehet bármi közös egy temetőben és egy lovastanyában? Pedig mindkét helyszínen olyan jelenségeket figyeltek meg az ELTE Környezetoptika Laboratórium munkatársai, melyek elsőre humorosnak tűnhetnek, később azonban fontos, a gyakorlatban is hasznosítható felismerésekhez vezettek. Az Annals of Improbable Research rendezésében 1991 óta átadott IgNobel-díj is épp a mosolyt fakasztó, ám egyúttal gondolatébresztő és fejtörést okozó kutatásokért jár. A 2016-os 10 díjazott között volt a fenti kutatócsoporttal dolgozó hét magyar, egy svájci és egy svéd kutató két közös cikke is. Az első tanulmányban a kiskunhalasi temetőben megfigyelt szitakötők rejtélyes viselkedésének okait keresték a kutatók. Horváth Gábor, Kriska György és kollégáik többször is figyelemmel kísérték, amint számos különböző szitakötőfaj egyedei vonzódtak a fényes fekete sírkövek vízszintes felületeihez, míg a világos sírkövektől távol maradtak. Olykor oda-vissza szálltak a sírkő felett, de gyakran meg is érintették annak felületét, néhányuk pedig sütkérezett a sírkövek melletti ágakon. Egy másik szitakötő megjelenésekor a már ott lévő egyed megtámadta a betolakodót vagy próbált párzani vele. A kifejlett szitakötők természetes körülmények között csak vizeknél mutatnak ilyen territoriális és reproduktív viselkedést. Mivel sok vízirovarhoz hasonlóan a szitakötők is képesek érzékelni a fény polarizációs tulajdonságait és a felszínéről tükröződő erősen és vízszintesen poláros fény alapján ismerik fel a vizet, a kutatók azt feltételezték, hogy a temetői példányok viselkedésében is fontos szerepe lehet a sírkövek polarizációs sajátságainak. A képalkotó polarimetriai vizsgálatok alátámasztották, hogy a vízhez hasonlóan a fényes fekete sírkövek vízszintes felületeiről is erősen és vízszintesen poláros fény tükröződik. A sírköveknél látott szitakötők viselkedése tehát azért egyezik a természetes vizeknél élő szitakötőkével, mert a sötét felületek a vízhez való optikai hasonlóság révén megtévesztőek számukra. A világos, érdes sírkövek ezzel szemben nem vonzzák őket, hisz az azokról visszaverődő fény gyengén és nem vízszintesen poláros. Később más mesterséges sötét felületekről is kiderült, hogy a polarizációs hasonlóság miatt megtévesztik a vízirovarokat, ami a poláros fényszennyezés fogalmának megszületését eredményezte. A kutatók választásos terepkísérletekben is vizsgálták a szitakötők fekete és fehér fényes fóliákhoz és matt szövetekhez való vonzódását. A talajra terített tesztfelületek közül azonban a fényes fekete a szitakötőkön kívül a közeli lovas laktanyáról oda repülő bögölyöket is feltűnően vonzotta. E megfigyelés a vizet kereső hím és nőstény bögölyök polarotaxisának, azaz vízszintesen poláros fényhez való vonzódásának felfedezéséhez vezetett. A további részletek feltárása gödi és szokolyai lovastanyákon folytatódott, ahol a kutatók megfigyelték, hogy a bögölyök jóval gyakrabban zavarják a barna és fekete lovakat, mint a fehéreket. Beragacsozott lómakettekkel végzett választásos terepkísérletekkel meghatározták, hogy egy fekete ló akár ötször annyi nőstény bögölyt is vonzhat, mint egy fehér. Mivel a bögölyök állandó zaklatása és vérszívása az olykor maradandó sebek ejtésével és számos kórokozó hordozásával nagy károkat okoz a lótartóknak, nagy az igény a bögölyök ritkítására és távol tartására. A kutatás alapján a szerzők azt javasolták, hogy a sötét szőrű lovakra védelmük érdekében érdemes fehér lóruhát húzni. Később az is kiderült, hogy a fekete-fehér csíkos (és a tarka foltos) felületek még a homogén fehéreknél is kevesebb bögölyt vonzanak, ami a zebracsíkok szerepét firtató régi rejtély egy lehetséges új magyarázatát szolgáltatta, továbbá a bögölyök ellen védő zebracsíkos lóruha piacon való megjelenését eredményezte. Az IgNobel-díjas kutatások hasznosságát az is igazolja, hogy mindebből több szabadalom is született: három különböző lineárisan poláros fénnyel csalogató bögölycsapda, illetve a poláros fényszennyező felületek vonzóképességének csíkozással való csökkentése.

A cikk az Élet és Tudomány 2016/40. számában jelent meg.

Kép

Elterelő fényművelet

Az éjszakai világítás terjedése számos állatfaj természetes viselkedésére is hat, ám a folyamat részleteit egyelőre csupán néhányuk esetében sikerült feltárni. A fényszennyezésnek nyilvánvaló hatása van például a denevérek életére, akik számára igazi lakomát jelent az éjszakai rovarok lámpák közeli tömeges jelenléte, már ha megtalálják… Éjszakai kirepülésük időpontja ugyanis jelentősen megváltozott, mióta rendszeres gyakorlattá vált a számukra lakóhelyet jelentő kastélyok és templomok tartós éjszakai kivilágítása. A fényárban élő denevérek sok esetben csak zavartan kavarognak az épületek belsejében, az érzékenyebb fajok pedig akár egészen a világítás megszűntéig szálláshelyükön maradhatnak. Márpedig a lecsökkent táplálkozási idő a populáció túlélését tekintve súlyos következményekkel járhat.

A fényszennyezés az éjjel aktív kétéltűek és beporzó rovarok viselkedésére is hatással van. A kivilágított élőhelyeken élő békák némelyike például kevesebbszer hallatja párválasztáskor használt hívó hangját, mint sötét élőhelyen élő társai; a fényárban úszó rétek beporzásra váró növényeit pedig 62 százalékkal kevesebb rovar látogatja, ami egyúttal alacsonyabb terméshozamot is jelent a természetes éjszakai sötétségben fejlődő növényekéhez képest.

Knop et al. (2017) Artificial light at night as a new threat to pollination. Nature 548 206–209., Boldogh et al. (2007) The effects of the illumination of buildings on house-dwelling bats and its conservation consequences. Acta Chiropterologica 9 (2) 527–534. Fotó: Potyó Imre

Még több érdekesség A Földgömb 2015/12. számában és itt olvasható.

Kép

Fogyatkozó Nap – fogyatkozó méhek

A háziméh és az ember kapcsolata igen nagy múltra tekint vissza, így a méhészek már számos alkalommal megfigyelhették a méhek teljes napfogyatkozás alatti zavart viselkedését is. Igen jellegzetes például, amint ezek a rovarok a totalitás pillanatának közeledtével tömegesen repülnek vissza kaptáraikhoz, némelyikük azonban időnként elvéti a bejáratot, illetve lassan és bizonytalanul repdesve a környező tárgyakba, növényekbe is beleütközik. Rendellenes viselkedésük csak tovább fokozódik, amikor a Hold teljesen a Nap elé kúszik: a kaptárokon kívül rekedt méhek ilyenkor nagy felhőkben kavarognak, némely esetben szokatlanul erős, zúgó hangot is hallatva. Amint aztán néhány perc elteltével a Nap első sugarai újra előbukkannak, az idegen kaptárban és a szabadban rekedt méhek ismét megpróbálnak visszajutni saját kaptárukba, ezt követően azonban gyűjtésük még jó ideig szünetel.

A méhek térbeli tájékozódása az égbolt polarizációs mintázatán alapszik, amely derült, részben felhős, borult és ködös időben egyaránt biztos iránytűt jelent a rovarok számára. Ennek segítségével „ki tudják számolni” a nektárforrás és a kaptár közti repülési irányt és távolságot, de az út megtételéhez szükséges „bioüzemanyag” mennyiségére is következtetni tudnak. Utóbbit azért kell szinte tökéletes pontossággal tudniuk, hogy virágmustrájukról a lehető legtöbb pollennel vagy nektárral térhessenek vissza családjukhoz. Út közben csak annyival több mézet szívnak fel a szükségesnél, ami 100-150 méter többletút megtételéhez elegendő. Teljes napfogyatkozás totalitása idején azonban a viszonyítási alapot adó égi mintázat térben és időben olyan gyorsan és drasztikusan változik, hogy a méhek egész egyszerűen eltévednek. Számukra pedig már egy rövid kerülő is végzetes lehet, az útvesztőben kiürülő mézhólyagjukkal ugyanis nem jutnak haza. Navigációs módszerük tehát szinte mindig szilárd lábakon áll, akkor azonban már kevésbé megbízható, ha a fény elszivárgott az égből. A méhészeknek szóló javaslat tehát a következő: érdemes figyelni rá, hogy a méhek ne lássák a teljes napfogyatkozást, a fenti problémára ugyanis nincsen védőszemüveg.

Horváth Gábor, Farkas Alexandra, Kriska György (2016) A poláros fény környezetoptikai és biológiai vonatkozásai. ELTE Eötvös Kiadó, p. 485.

Cikkem a National Geographic honlapján.

Kép

Erdei tündértüzek

A biolumineszcens gombákat számos rejtély övezi. Néhány történet például arról számol be, hogy a fülledt nyári éjszakában, a korhadó tuskók felől kékes fényeket láttak fel-felvillanni az erdőkben. A régi kor embere ezt a jelenséget az erdei koboldoknak tulajdonította, mások szerint pedig a fény azt a helyet jelölte, ahol a tündérek éjszakai dáridókat tartottak. Azt is megfigyelték, hogy ha egy kosár faforgácsot hosszabb ideig a kályha mellett tároltak, az felett időnként fény villant fel. A hazánkban feljegyzett, titokzatosnak vélt jelenségek oka a világító tölcsérgomba, melynek fonalai a lombos fák rönkjeiben élnek. Olaus Magnus svéd történész 1652-ből származó beszámolója szerint az erdő ismeretlen mélységébe merészkedő emberek is az ilyen világító korhadó tölgyfakérgeket használták útjelölésre, hogy visszataláljanak kiindulási helyükhöz. Szokatlan módon a mikronéziai bennszülöttek rituális táncaikban fejdíszként is használtak világító gombákat, illetve összetörték azokat az arcukon, ezzel megijesztve ellenségeiket. Egy világító gomba egyébként általánosan rossz ómen volt, így gyakran elpusztították. Egy híres angol botanikus, George Gardner egyébként úgy fedezett fel egy új fajt 1840-ben, hogy az utcán látott egy csapat fiút egy világító gombával játszani. A fiúk megmutatták neki, hogy a brazíliai kókuszvirággombát melyik korhadó pálmán találták meg, de ezután e fajnak mindaddig látszólag nyoma veszett, míg 2009 sötét újholdas éjszakáin újra fel nem fedezték. Az egyik valószínű elképzelés szerint a ma ismert hatvannál is több világító gombafaj fénykibocsátása azért fontos, mert ennek segítségével csalogatják magukhoz a spórákat terjesztő rovarokat.

Desjardin et al. (2008) Fungi bioluminescence revisited. Photochemical & Photobiological Sciences 7: 170-182. Fotó: Cassius V. Stevani