[논문 리뷰] At What Distance Can the Human Eye Detect a Candle Flame?

K. Krisciunas, D. W. Carona|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 22.

Impact of Light on Environment and Health인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 338m 거리에서 캘리브레이션된 CCD 관측을 통해 촡양이 약 2.6km(1.6마일) 떨어져 있을 경우, 6등급의 베타-유사 항성만큼 밝게 보일 수 있음을 밝혀냈다. 인간의 눈은 10마일을 초과해 촡양을 감지할 수 없으며, 이는 일반적으로 널리 퍼져 있는 인터넷 주장과 정면으로 배치된다.

ABSTRACT

Using CCD observations of a candle flame situated at a distance of 338 m and calibrated with observations of Vega, we show that a candle flame situated at ~2.6 km (1.6 miles) is comparable in brightness to a 6th magnitude star with the spectral energy distribution of Vega. The human eye cannot detect a candle flame at 10 miles or further, as some statements on the web suggest.

연구 동기 및 목표

• 일반적인 대기 조건 하에서 인간의 눈이 촛불 불꽃을 감지할 수 있는 최대 거리를 규명하는 것.
• 천문학적 광도 측정을 통해 촛불 불꽃의 밝기를 표준 항성 등급에 상대적으로 캘리브레이션하는 것.
• 일반적으로 널리 퍼져 있는 주장인 촛불이 10마일 이상에서도 보인다는 것을 실험적으로 검증하고 반박하는 것.
• 천체물리적 측정 기법을 활용해 저조도 소스에 대한 인간 시각 감지 한계에 대한 실증 데이터를 제공하는 것.
• 베가 기반의 광도 캘리브레이션을 기반으로 촛불 불꽃의 가시성에 대한 정량적 기준을 설정하는 것.

제안 방법

• 정확한 거리인 338미터에서 캘리브레이션된 천문학적 카메라를 사용해 촛불 불꽃의 CCD 영상을 촬영한 것.
• 스펙트럼 에너지 분포가 잘 알려진 표준 항성인 베가의 동시 관측을 통해 촛불 불꽃의 밝기를 캘리브레이션한 것.
• 표준 광도 영점 관계를 사용해 측정된 복사원소를 절대 등급에 해당하는 값으로 변환한 것.
• 역제곱법 규칙을 사용해 338m 거리에서의 촛불 불꽃의 등급을 더 먼 거리에서의 예상 밝기와 비교한 것.
• 어두운 환경에서 어둠이 밝혀진 상태에서 인간의 눈이 감지할 수 있는 가장 어두운 등급(약 6등급)을 기준으로 감지 한계를 추정한 것.
• 등급 등가성에 기반해 역제곱법을 사용해 감지 거리를 외삽한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어두운 환경에서 인간의 눈이 촛불 불꽃를 감지할 수 없는 거리는 어느 정도인가?
• RQ2 6등급의 베가 유사 스펙트럼을 가진 항성과 비교했을 때 촛불 불꽃의 밝기는 어떻게 되는가?
• RQ3 일반적으로 널리 퍼져 있는 주장인 촛불이 10마일 이상에서도 보인다는 것은 실증적인 광도 데이터에 의해 뒷받침되는가?
• RQ4 표준 천문학 기준 항성인 별을 사용해 촛불 불꽃의 광도 캘리브레이션은 어떻게 이루어지는가?
• RQ5 저광도 빛원천인 촛불의 가시 범위에 대해 역제곱법은 어떻게 적용되는가?

주요 결과

• 338미터 거리에서의 촛불 불꽃의 밝기는 베가 유사 스펙트럼을 가진 6등급 항성과 동일한 등급에 해당한다.
• 역제곱법을 사용해 외삽한 결과, 촛불 불꽃는 약 2.6킬로미터(1.6마일) 거리에서 인간의 눈에 더 이상 보이지 않게 된다.
• 인간의 눈은 10마일(16km) 이상 떨어진 거리에서 촛불 불꽃를 감지할 수 없으며, 이는 일반적으로 널리 퍼져 있는 인터넷 주장과 정면으로 배치된다.
• 감지 한계는 일반적으로 어두운 환경에서 인간의 시각 감도 임계치와 일치하는 약 6등급에 해당한다.
• 베가를 사용한 광도 캘리브레이션은 촛불과 같은 비항성 빛원천의 밝기를 표준 항성 등급과 비교하는 데 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.
• 실증적 측정과 천체물리적 캘리브레이션을 기반으로 촛불 가시성의 정량적 상한선을 설정한 것이다.