UV-waarnemingen met het blote oog

Tijdens een zonnekijkdag op Volkssterrenwacht MIRA wordt steevast de Lhires Lite spectroscoop (2010) van Shelyak Instruments gedemonstreerd, waarmee bezoekers de
opvallendste donkere absorptielijnen in het zonnespectrum kunnen waarnemen. Deze voor ieder chemisch element karakteristieke spectraallijnen verraden onder meer de
samenstelling van de zonneatmosfeer, en variabele aardatmosfeer.

De beroemde Engelse wis- en natuurkundige Isaac Newton (1642-1726) experimenteerde in de jaren 1666-1672 met glazen prisma's, en ontdekte dat wit zonlicht een
mengsel is van de regenboogkleuren. De Engelse natuur- en scheikundige William Hyde Wollaston (1766-1828) merkte in 1802 donkere lijnen op in het zichtbare zonnespectrum. De Duitse natuurkundige Joseph von Fraunhofer (1787-1826) herontdekte ze in 1814, en benoemde de opvallendste met letters.

Spectraallijnen worden veroorzaakt door discrete energiesprongen van valentie-elektronen in atomen. De sprong naar een hogere baan in het atoom en
de simultane absorptie van een foton veroorzaakt een donkere absorptielijn, de terugval naar een lagere baan met de uitstoot van een foton resulteert in een
heldere emissielijn. Kwantummechanica in actie !

Het instrument toont het zonnespectrum via een dunne holografische film als diffractierooster (met 2.400 lijnen/mm) i.p.v. door een glazen prisma, waardoor
veel meer lijnen zichtbaar worden (oplossend vermogen 0,025 nm in het blauw tot 0,035 nm in het rood).

Steeds duidelijk door iedereen te zien zijn de waterstof H-alfa/Balmer-lijn (of Fraunhofer C-lijn) in het rood op 656,279 nm, de twee Fraunhofer D-lijnen van neutraal natrium in het oranje-geel (D1/589,592 nm en de donkerste D2/588,995 nm), en het lijnentrio van neutraal magnesium in het groen (518,360 nm, 517,268 nm, en 516,732 nm). De resterende zichtbare Balmer-lijnen van waterstof : H-bèta (486,135 nm, groen-blauw), H-gamma (434,047 nm, blauw), en H-delta (410,173 nm, violet).

De Balmer-lijnen zijn genoemd naar Johann Jakob Balmer (1825-1898), een Zwitserse wiskundig-natuurkundige die in 1885 een empirische formule vond waarmee hun golflengtes te berekenen zijn.

De H-alfa-lijn is de protagonist in de protuberansentelescopen op het waarnemingsterras. Een filter dat alleen licht rond deze spectraallijn doorlaat maakt de zonnevlammen (protuberansen) in de chromosfeer zichtbaar, die anders overstraald worden door het felle witte zonlicht uit de fotosfeer.

Waterstoflijnen worden benut bij de bepaling van rood- of blauwverschuivingen van melkwegstelsels, waarmee hun radiale vluchtsnelheden bekend worden.

 

 

[H-K_Ca+.png] :
Boven, de ruwe fotografische opname (Philippe Mollet, 4/2010) door de
Lhires Lite spectroscoop van een stukje spectrum rond de H- en K-lijnen van
eenmaal geïoniseerd calcium (Ca+).
De absorptielijnen komen voor in het nabije ultraviolet : H (rechts) op
396,847 nm, en K (links) op 393,366 nm.
Nabij de UV-grens is rechts op 400,525 nm in het violet een donkere
absorptielijn van ijzer (Fe) te zien.
Horizontaal schuin aflopende donkere lijnen worden gevormd door stofdeeltjes die
de intreespleet van de spectroscoop versperren, of minuscule onregelmatigheden
in de spleetranden. De spleet dient om een smalle lichtbundel te bekomen die
scherpe spectraallijnen vormt. Willekeurig verspreide kleine cirkeltjes zijn
onscherpe schaduwen van stofdeeltjes die de filter vóór de beeldsensor in de
digitale camera vervuilen.
Eronder, een strook met verticale gemiddelden.

 

xxx

Ik zie echter ook duidelijk de breedste donkere Fraunhofer-absorptielijnen van
eenmaal geïoniseerd calcium (Ca+) - de H-lijn (396,847 nm) en K-lijn
(393,366 nm) ! Op het eerste moment was ik er me niet van bewust, maar
Philippe Mollet merkte op dat dit een uitzonderlijke waarneming is, want mensen
met normale ogen zien deze lijnen niet meer. Ze zijn door iedereen alleen
duidelijk te zien met de spectroscoop op de heliostaat, die het zonnespectrum
projecteert op een blad papier waarop witte fluorescerende verf werd verstoven.
Deze verf licht zichtbaar op wanneer ze bestraald wordt met ultraviolette
straling. Producenten van wasmiddelen gebruiken chemicaliën die het UV
absorberen en heruitzenden als blauw licht, waardoor gewassen witte kleding
witter-dan-wit lijkt.
Glazen prisma's en lenzen absorberen het UV ; de Lhires Lite spectroscoop
gebruikt een dunne holografische film i.p.v. een glazen prisma.

Opvallend helder hemelsblauw voor mij schijnen ook de UV-lampen die op het
gelijkvloers en tweede verdiep op de draaibare sterrenkaart, de roterende
aardbol, en de muurschildering zijn gericht, om de sterren aan de hemel, wolken
op de Aarde, en protuberansen en fakkelvelden op de geschilderde Zon te doen
oplichten. Eerder zag ik deze lampen een zwakke violette gloed uitstralen.

De ISO 21348:2007 standaard 'Space environment (natural and artificial) -
Process for determining solar irradiances' begrenst het ultraviolette
golflengtegebied vanaf 100 nm tot beneden 400 nm. De zichtbaarheidsgrens wordt
ook wel doorgetrokken tot 380 nm, en loopt tot beneden 760 nm (rood).
Beide calcium-absorptielijnen liggen dus in het nabije ultraviolet ('achter het
violet') ; het gedeelte vanaf 315 nm tot 400 nm heet UV-A.
Naargelang de fysiologische (ioniserende) effecten onderscheidt men nog meer en
schadelijke UV-bereiken. De gevaarlijkste UV-straling wordt geabsorbeerd door
atomair en moleculair zuurstof (O, O2), moleculair stikstof (N2), en de ozonlaag
(O + O2 -> O3) - zelf aangemaakt door UV-C < 280 nm in de atmosfeer. UV-B (vanaf
280 nm tot beneden 315 nm) veroorzaakt het bruinen van de huid (aanmaak van het
pigment melanine kleurt de huid bruin om de schadelijke UV-straling tegen te
werken), zonnebrand, las-ogen en sneeuwblindheid (fotokeratitis,
hoornvliesontsteking), DNA-celschade en huidkankers, maar maakt ook vitamine D
in ons lichaam (o.m. nodig voor botgroei). De minst schadelijke UV-A bereiken
het aardoppervlak grotendeels ongehinderd.

Waarom kan ik nu wel, en anderen niet (meer) in het nabije UV zien ?

De Duitse arts en fysioloog Ernst Wilhelm Ritter von Brücke (1819-1892) ontdekte
in 1845 dat onze ogen UV absorberen. De uitvinding van de elektrische booglamp
maakte oog-experimenten mogelijk.
Licht dat het oog binnenstroomt doorloopt achtereenvolgens het hoornvlies
(cornea), voorste kamerwater, de lens, en het glasachtig lichaam of glasvocht
(corpus vitreum, een gelei-achtige massa die overwegend uit water bestaat en het
oog zijn bolvorm geeft), en komt uiteindelijk terecht op het netvlies (retina).
Ieder van deze elementen absorbeert (en verstrooit) een gedeelte van het licht.
Het hoornvlies absorbeert schadelijke UV-B.
De dikte van de ooglens neemt gedurende het hele leven toe. De verdichting van
het lensmateriaal en accumulatie op latere leeftijd van een geel pigment in de
lens belemmeren de UV-doorlating in normale ogen. Vergeling van de lens wordt
veroorzaakt door de vorming van chromoforen en fluoroforen onder invloed van
licht en UV-straling. Met het vorderen der jaren neemt deze vergeling toe en kan
bruin tot donkerbruin worden. Een geelfilter absorbeert vanaf blauw.
Vitamine C (ascorbinezuur) in het glaslichaam absorbeert UV.
De absorptie in het hoornvlies, de lens, en het glasachtig lichaam zijn dusdanig
dat bij volwassenen vrijwel geen UV-straling het netvlies nog bereikt. Tot de
leeftijd van rond 20 jaar is de absorptie in de lens over het gehele UV-bereik
veel geringer.

Cataract (grijze/grauwe staar) is een vertroebeling van de ooglens, waardoor het
zicht vermindert ; het maakt deel uit van het normale verouderingsproces. Rond
75 jaar hebben de meeste mensen cataract (ouderdomsstaar), en vanaf die leeftijd
nemen de gezichtsproblemen door deze aandoening aanzienlijk toe. De oorzaken van
de lensvertroebelingen zijn divers of onbekend : genetische factoren, operatieve
en andere oogschade, hoge concentraties suikers, invloed van ioniserende,
infrarode en microgolfstraling, mogelijk ultraviolette straling van de Zon, het
langdurig gebruik van bepaalde geneesmiddelen (corticosteroïden), roken, en
eetgewoonten. Het Griekse 'katarhaktes' = 'waterval, valhek (in een burcht)' ;
de oogziekte werd ooit geassocieerd met iets dat het zicht blokkeerde.

Als gevolg van een zeldzame aangeboren (congenitale) cataract en operatieve
ingrepen na netvliesloslatingen in beide ogen, zijn mijn natuurlijke ooglenzen
veel vroeger dan normaal vertroebeld geraakt, en werden ze 5/3 en 31/5/2013
vervangen door monofocale plooibare kunststoflensjes (diameter 6,2 mm,
copolymeer van polyhydroxyethylmethacrylaat en polymethylmethacrylaat) :
Bausch & Lomb Akreos Advanced Optics Micro Incision 60 Intra-Ocular Lens.
Het vakblad 'Ophthalmology Management' beschrijft ze met 'Going where no IOL has
gone before'.
In mijn linker oog werd ook het glaslichaam verwijderd (vitrectomie).
Het door kamerwater vervangen glaslichaam laat het meeste UV door.
Twee van de drie belangrijkste oogonderdelen die de doorgang van het UV naar het
netvlies met de lichtreceptoren (staafjes en kegeltjes) belemmerden zijn
hierdoor in dat oog verdwenen.

Meer blauw en violet worden doorgelaten omdat dit de scotopische gevoeligheid
(zicht bij zeer lage lichtsterktes, bij schemering, nachtzicht, met de staafjes
in het netvlies, Griekse 'skotos' = 'duisternis') verbetert, en het circadiaan
ritme bevordert (Latijnse 'circa' = 'ongeveer', 'dies' = 'dag') - het
slaap-waakritme, een biologisch ritme waarvan de cyclus ongeveer 1 dag duurt. De
beelden door de lensjes zijn zeer helder en contrastrijk, zonder chromatische of
sferische aberraties, en mijn zichtbaarheidsbereik... omvat nu een deel van het
nabije UV.

De staafjes en kegeltjes zetten licht om in zenuwimpulsen. Staafjes werken
vooral bij weinig licht en stellen ons in staat om het verschil tussen licht en
donker waar te nemen. Een tekort aan vitamine A veroorzaakt nachtblindheid
(hemeralopie, Griekse 'hemera' = 'dag') - het niet goed kunnen zien in het
donker. Kegeltjes zijn vooral actief bij daglicht en maken het mogelijk kleuren
te onderscheiden. Normaal menselijk kleurenzicht is trichromatisch ; elke kleur
wordt gevormd door een mengsel van drie basiskleuren. Er bestaan drie soorten
kegeltjes, elk het meest gevoelig in een ander gollfengtegebied van het
lichtspectrum : blauw-, groen- en rood-kegeltjes. Fotopigmenten (lichtgevoelige
eiwitten) in de kegeltjes worden geactiveerd zodra zij licht absorberen. Het
menselijk oog kan daarmee licht waarnemen. De kegeltjespigmenten en een rode
kleurstof (rodopsine) in de staafjes zijn gevoelig voor UV.

Blootstelling aan korte golflengtes vanaf het blauw verhoogt het risico op
leeftijdsgebonden macula-degeneratie ('macula lutea' = 'gele vlek',
netvliesveroudering), waardoor het scherpzien wordt aangetast (de kegeltjes en
staafjes sterven af). De gele vlek bevat de hoogste concentratie kegeltjes, en
is geel door de kleurstoffen luteïne en zeaxanthine die het oog beschermen door
schadelijk blauw licht te absorberen.

In ontwikkelingslanden zoals India leven vele afaken - mensen bij wie tijdens
een cataract-operatie de natuurlijke lens werd verwijderd zonder deze te
vervangen door een voor hen onbetaalbare kunstlens. Het Griekse 'a' = 'zonder'
en 'phakos' = 'lens'. Zij moeten nog dieper in het UV kunnen kijken. Afaken
dragen een opvallende bril met glazen die doen denken aan de deksels van oude
confituurbokalen. Toen er nog geen lensimplantaten bestonden was dit de
gebruikelijke manier om staar te verhelpen. De Franse oogarts en chirurg
Jacques Daviel (1693-1762) was de eerste die 21/4/1745 een vertroebelde ooglens
operatief verwijderde. Louis-Marie-Hilaire Bernigaud,
Comte de Chardonnet de Grange (1839-1924) was een Franse onderzoeker en
industrieel die in 1883 observeerde dat lensloze personen een veel hogere
gevoeligheid voor UV bleken te hebben. In 1900 onderging hij zelf zo'n
staaroperatie.

De Franse impressionistische schilder Claude Oscar Monet (1840-1926) was een
bekende afaak, wiens rechter ooglens in 1923 werd verwijderd bij een
staaroperatie. Zijn kleurenpalet zou naar verluidt gewijzigd zijn na die ingreep
; het bevatte meer blauwtinten ? Althans, dat wordt veelvuldig beweerd, maar een
blik op zijn werk leert dat hij eerder ook reeds veel blauwtinten gebruikte in
zijn schilderijen.

De Engelse oogarts Nicholas Harold Lloyd Ridley (1906-2001) ontwikkelde het
eerste lensimplantaat dat vanaf 29/11/1949 werd toegepast. Tijdens
Wereldoorlog II kregen Britse jachtvliegtuigpiloten bij vuurgevechten in de
lucht soms splinters van de kunststoffen (Perspex) cockpit-overkapping in hun
ogen. Harold Ridley stelde vast dat het vreemde materiaal door de weefsels in
het oog geduld werd, wat hem op het idee bracht om afaken te voorzien van
kunststoflenzen. Sedertdien werd het wereldwijd de meest uitgevoerde operatie.

Op Internet trof ik een Amerikaanse ingenieur (Alek Komarnitsky) die na
cataract-operaties (Bausch & Lomb Crystalens AO IOL) zijn met UV-A uitgebreide
zintuig aan een grondig onderzoek onderwierp. Mijn nieuwe zintuiglijke
verworvenheden werden inmiddels opgemerkt bij enkele sterrenkundige en andere
waarnemingen.

De blauwe hemel lijkt voor mij nu blauwer dan voorheen, niet alleen door de
verdwenen geel-bruine zweem van de natuurlijke ooglenzen, maar omdat er ook meer
blauw en violet mijn ogen binnensijpelt.
De mate waarin luchtmoleculen invallend wit zonlicht verstrooien is
golflengte-afhankelijk (omgekeerd evenredig met de vierde macht van de
golflengte, Rayleigh-verstrooiing genoemd naar Brits natuurkundige
John William Strutt alias Lord Rayleigh (1842-1919)), zodat licht met kortere
golflengtes het sterkst wordt verstrooid, waardoor de hemel blauw lijkt.

De volle Maan schijnt nu fel wit.
Tijdens de totale maansverduistering van 28/9/2015 meldden menige toeschouwers
het rode schijnsel op de totaal verduisterde Maan, afkomstig van de weerkaatste
rode lichtkrans met alle zonsopkomsten en -ondergangen op Aarde, maar daar
merkte ik niks van. Mijn netvliezen zijn minder roodgevoelig ?

Bedenk dat glazen lenzen in telescopen het meeste UV absorberen.

De populairste (optische ?) dubbelster is Albireo (bèta Cygni) in de Zwaan, door
het opvallende kleurencontrast : helder geel en blauw-wit. Alhoewel gele
Albireo A (magnitude 3,18, oppervlaktetemperatuur 4.080 ± 10 K) beduidend
helderder is dan blauwe buur B (magnitude 5,09, oppervlaktetemperatuur
13.200 ± 600 K), lijkt hun helderheidsverschil door mijn nieuwe optiek veel
geringer dan vroeger.

De Amerikaanse amateur-astronoom Walter Scott Houston (1912-1993) schreef vanaf
1946 de rubriek 'Deep-Sky Wonders' voor het bekende tijdschrift Sky & Telescope.
In 1980 onderging hij een cataractoperatie in het rechter oog, en meldde nadien
dat bepaalde objecten aan de sterrenhemel beter te zien waren : hete zwakke
blauwe sterren in de centra van planetaire nevels. Ultraviolette straling van
hun centrale hete witte dwerg ioniseert het uitdijende gas, waardoor het
oplicht.
De zwakke magnitude 15,75 ster in het centrum van de Ringnevel (M-57) - de
bekende planetaire nevel in de Lier - valt niet te overwegen, omdat deze vanuit
Grimbergen zwakker is dan de door lichtvervuiling (oranje-gele natriumlampen)
getergde hemelachtergrond.

Voor wie na het lezen overweegt om zonder medisch verantwoorde redenen de
natuurlijke ooglenzen te laten vervangen door kunstlenzen - aan deze
miniatuur-optiek kleven ook nadelen : door de biconvexe asferische monofocale
lensjes vallen andere beeldfouten op - astigmatisme (asymmetrie in de kromming
van het hoornvlies) voorkomt dat ik kan lezen zonder bril, schuin invallende
lichtbronnen veroorzaken storende lichtkransen, en de kansen op
netvliesloslatingen, hoge oogdruk met glaucoom (onherstelbaar afsterven van de
oogzenuw), en ouderdoms-maculadegeneratie nemen toe. Als ervaringsdeskundige kan
ik deze aandoeningen niet aanbevelen.

 

Tekst: Herwig Ronsmans, 16 juni 2021

Bronnen:

- Shelyak Instruments
- NIST Atomic Spectra Database Lines Form : https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html
- International Standard ISO 21348:2007 - Space environment (natural and
  artificial) - Process for determining solar irradiances :
  https://duckduckgo.com/?q=ISO_21348-2007.pdf
- Ultraviolet radiation (World Health Organization) :
  https://www.who.int/health-topics/ultraviolet-radiation
- Vitamin D (Office of Dietary Supplements) :
  https://ods.od.nih.gov/factsheets/VitaminD-HealthProfessional/
- UV-straling - Blootstelling van de mens aan ultraviolette straling
  (Commissie UV-toestellen - Gezondheidsraad, Den Haag, nummer 9, 1986).
  Beschikbaar op : http://web.archive.org/web/20160627161154/http://www.gezondheidsraad.nl…
- The Akreos IOLs (Bausch & Lomb).
  Beschikbaar op : http://web.archive.org/web/20130203233713/http://www.bausch.com/en/ECP/…
- Vision in the ultraviolet (Karel Eduard Willem Peter Tan (1937),
  Drukkerij Elinkwijk BV - Utrecht, 1971).
- Intraocular lens short wavelength light filtering (Keith H. Edwards,
  G. Anthony Gibson, Clinical and Experimental Optometry 2010/93:6,
  blz. 390-399) :
  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/j.1444-0938.2010.00538.x
- Un oculiste au siècle des lumières - Jacques Daviel
  (Syndicat National des Ophtalmologistes de France) :
  https://www.snof.org/encyclopedie/un-oculiste-au-siecle-des-lumieres-ja…
- Les découvertes scientifiques du Comte de Chardonnet et l'invention de la soie
  artificielle (Gabriel Bertrand, 1936) :
  http://www.academie-sciences.fr/pdf/eloges/chardonnet_notice.pdf
- Les couleurs de Monet (Ariane Cauderlier) :
  http://www.intermonet.com/colors/couleurs.htm
- Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 53 (2007) -
  Sir Nicholas Harold Lloyd Ridley, blz. 285-307 :
  http://rsbm.royalsocietypublishing.org/content/53/285.full.pdf
- Ultraviolet superpower after cataract surgery (Alek Komarnitsky) :
  https://www.komar.org/faq/colorado-cataract-surgery-crystalens/ultra-vi…
- Blue sky and Rayleigh scattering (Carl Rod Nave) :
  http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
- Deep-Sky Wonders (Walter Scott Houston) :
  http://ehilbert.wso.net/Starlight/deep_sky_wonders.htm

Onderdelen van het menselijke oog (Latijnse 'oculus') :
1) Achterste oogkamer (camera posterior bulbi).
2) Ora serrata.
3) Ciliaire spier (musculus ciliaris).
4) Zonula ciliaris.
5) Kanaal van Schlemm (sinus venosus sclerae, Duitse arts en anatoom
   Friedrich Schlemm (1795-1859)).
6) Pupil (oogappel).
7) Voorste oogkamer (camera anterior bulbi oculi).
8) Hoornvlies (cornea).
9) Regenboogvlies (iris).
10) Lenskapsel.
11) Lenskern (vervormbare biconvexe ooglens).
12) Processus ciliares.
13) Bindvlies (conjunctiva).
14) Onderste schuine oogspier (musculus obliquus inferior bulbi).
15) Onderste rechte oogspier (musculus rectus inferior bulbi).
16) Mediale rechte oogspier (musculus rectus medialis bulbi).
17) Netvliesaders en venen (bloedvaten).
18) Blinde vlek.
19) Harde hersenvlies (dura mater).
20) Centrale netvliesader (arteria centralis retinae).
21) Centraal netvliesveen (vena centralis retinae).
22) Oogzenuw (gezichtszenuw, nervus opticus).
23) Venae vorticosae.
24) Harde oogrok (oogwit).
25) Gele vlek (macula lutea).
26) Centrale groefje (fovea centralis).
27) Oogwit (sclera).
28) Vaatvlies (choroidea).
29) Bovenste schuine oogspier (musculus obliquus superior bulbi).
30) Netvlies (retina).
Niet aangeduid : glasvocht (glaslichaam, corpus vitreum).