La courbure de la surface de la Terre ne nous permet pas de voir l’horizon à une distance de plus de 5 kilomètres. Cependant, notre acuité visuelle va bien au-delà de cet horizon. Si la Terre était plate, ou si vous étiez debout au sommet d’une montagne surplombant une plus grande surface que celle visible au sol, vous pourriez apercevoir les lumières vives à des centaines de kilomètres de distance. Par une nuit sombre, vous pourriez même voir une flamme de bougie vacillante jusqu’à 48 km.
Jusqu’où l’œil humain peut voir dépend du nombre de particules de lumière, appelées photons, un objet peut émettre. Par exemple, l’objet le plus éloigné visible à l’œil nu est la galaxie d’Andromède, située 2,6 millions d’années-lumière de la Terre. Les étoiles de la galaxie, dont le nombre est estimé à environ mille milliards, émettent collectivement assez de lumière pour quelques milliers de photons viennent frapper chaque centimètre carré de terre à chaque seconde. Par une nuit sombre, c’est suffisant pour exciter notre rétine.
En 1941, Selig Hecht et ses collègues de l’Université de Columbia ont fait ce qui est toujours considéré comme une mesure fiable du «seuil absolu» de la vision, c’est-à-dire le nombre minimum de photons qui doit frapper la rétine afin de susciter une prise de conscience de la perception visuelle. Les yeux de participants à l’étude ont donc été soumis, après un temps d’adaptation à l’obscurité totale, à un flash de lumière bleu-vert (longueur d’onde de 510 nanomètres) à laquelle nos yeux sont plus sensibles. Les scientifiques ont constaté que pour que les participants de perçoivent le flash de lumière plus de la moitié du temps, une quantité variant de 54 à 148 photons devait frapper leurs yeux. Basé sur des mesures de l’absorption de la rétine, les scientifiques ont calculé que l’absorption de 5 à 14 photons pouvait provoquer l’activation d’un bâtonnet, type de cellules responsable de la détection de la lumière dans la rétine, pour que celui-ci indique à votre cerveau que vous voyez quelque chose.
Considérant le seuil absolu et la luminosité de la flamme d’une bougie, les scientifiques de la vision concluent que l’on pourrait percevoir la faible lueur d’une flamme de bougie jusqu’à 50 kilomètres.
Mais à quelle distance pouvons-nous distinguer qu’un objet est plus qu’une simple étincelle de lumière? Pour que quelque chose semble spatialement étendu, comparativement à la perception d’un simple point, la lumière de l’objet doit stimuler au moins deux cônes adjacents, les cellules de la rétine responsable de la vision des couleurs. Dans des conditions idéales, un objet doit sous-tendre un angle d’au moins 1 minute d’arc, ou un soixantième de degré, afin d’exciter des cônes adjacents. Cette mesure angulaire reste la même indépendamment du fait que l’objet est à proximité ou loin. C’est pourquoi les objets éloignés doivent être beaucoup plus gros pour sous-tendre le même angle que les objets rapprochés. Par exemple. la pleine lune a un diamètre correspondant à un arc de 30 minutes (0,5 degré) tandis que Vénus représente un arc d’environ 1 minute.
En termes plus concrets, donc à une échelle plus humaine, cela signifie notre œil pourrait faire la distinction entre les 2 phares d’une voiture, comparativement à la perception d’un seul point lumineux, à environ 3 km de distance. Quand même pas mal, n’est-ce pas?
La vidéo ci-dessous présente comment l’oeil perçoit la lumière environnante en précisant l’action complémentaire des bâtonnets et des cônes. Intéressant!