Гори-гори ясно!

Влияние освещения на здоровье человека нельзя недооценить: некачественный свет негативно воздействует на зрительный аппарат, вызывает переутомление, дискомфорт, головные боли, бессонницу, снижает работоспособность. Свет имеет еще одно важнейшее свойство – способность воздействовать на биоритмы. Известно, что при естественном освещении активность человека выше. Физик-теоретик Татьяна МОРОЗОВА из Института космических исследований РАН ответила на вопросы «Учительской газеты» о тонкостях излучений ламп разного типа.

– В чем разница между лампами дневного освещения и лампами накаливания?

– Лампы дневного освещения отличаются по спектру и способу излучения от ламп накаливания, в которых присутствует естественное для глаз тепловое излучение. Лампы дневного света – это источники нетеплового излучения, то есть неравновесное электромагнитное излучение, к которому нельзя применить понятие температуры при описании спектрального распределения энергии излучения.

При тепловом излучении тела испускают электромагнитные волны за счет внутренней энергии, которая изменяется при переходе атома с одного энергетического уровня на другой в результате теплового движения и наблюдается при любой температуре. Здесь происходит задействование колебательных, вращательных, поступательных и электронных степеней свободы.

На протяжении многих тысячелетий после захода солнца мы привыкли смотреть на огонь, а это тепловое излучение. Поэтому источники теплового излучения самые естественные для глаз. Например, лампы накаливания. В спектре такого освещения сохранились черты заходящего или восходящего солнца, которые должны быть при переходе от ночи к дню. Белые лампы, которые имитируют дневной свет, не воссоздают его полностью.

– Иногда кажется, что краски светятся. Как рождается этот эффект?

– Частный случай нетеплового излучения составляет люминесценция. Флуоресценция – это разновидность люминесценции. Почему нам кажется, что флуоресцирующие краски светятся как радикально новые цвета: оранжевый – новый оранжевый, желтый – новый желтый и так далее? Дело в том, что флуоресценция – это нетепловое излучение в отличие от того, к которому эволюционно привыкли наши глаза.

Многие цвета окружающего нас пространства не являются абсолютно чистыми, в видимом зеленом есть оттенки красного и желтого в отличие от чистого зеленого, который встречается в природе очень редко и тоже бывает разным в зависимости от длины волны излучения (от 510 нм до 550 нм). И при восприятии такого зеленого задействуются все типы колбочек.

При определенных длинах волн линейчатого излучения флуоресцирующих красок три вида колбочек в совокупности ведут себя по-другому, нежели при тепловом излучении нормального освещения, при котором каждый цвет предметов является не чистым, а смешанным из трех базовых цветов (красный, синий, зеленый). Таким образом, при нетепловом излучении мозг начинает заблуждаться и воспринимать цвет как радикально новый.

– В последнее время появилось множество альтернативных источников излучения для освещения улиц и помещений: светодиодные лампы, газоразрядные, люминесцентные, флуоресцентные. Поясните, в чем разница?

– Светодиодные лампы – это имитация солнечного спектра с сильным сдвигом синего пика и провала в зеленом свете, но даже светофильтр не может изменить форму спектра – там просто сдвигается пик и меняется цвет, но форма спектра остается неестественной для глаз. Более того, даже с желтым светофильтром свет от светодиодных ламп с синей составляющей прорывается через кристаллическую решетку вещества и поэтому плохо воздействует на глаза.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра, то есть светодиод изначально излучает практически монохроматический свет. Спектральный диапазон излучения светодиода в основном зависит от типа и химического состава использованных полупроводников и ширины запрещенной зоны.

Светодиоды дают как будто пустой свет, не заполненный по привычному для глаз спектру. Хотя свет от светодиодных ламп часто пропускается через желтый люминофор, синие оттенки в результате особенностей глаз улавливаются лучше. Фактически они дают рекомбинационное излучение, что непривычно для глаз. Светодиодные экраны тоже дают синий спектр. Со временем желтые и белые люминофоры перестают работать эффективно, и еще больше синего излучения проникает в глаза.

– Яркий свет синего спектра светодиода влияет на наш организм?

– Да, причем на выработку мелатонина, гормона, который управляет суточными ритмами. Он регулирует сон, благодаря ему мы замедляемся в конце дня. Большая доза синего света способствует остановке выработки мелатонина, что может ухудшить самочувствие, вызвать бессонницу. Есть мнение, что такие лампы могут приводить к дегенерации сетчатки. Оказывается, световые волны голубого света являются наиболее опасными для сетчатки и могут повредить ее клетки фотохимическим путем.

Исследования 2010-2012 годов показали, что синий свет в диапазоне 400-460 нм особо вреден из-за фотохимических процессов с кислородными радикалами, разрушающих клетки сетчатки. Флуоресцентные лампы также испускают синее излучение, но гораздо меньшей интенсивности, чем светодиодные лампы. В выводе исследований было заключено, что на рабочих местах, в местах отдыха, а также в детских заведениях нужно ставить лампы накаливания, потому что лампы дневного освещения ухудшают трудоспособность и несут негативные последствия для зрения. Повышенная яркость светодиодных ламп также опасна для глаз. Дистанция от органов зрения до энергосберегающих ламп должна быть не менее 30 см. У газовых ламп наблюдается так называемый сумеречный эффект: при той же освещенности по сравнению с лампой накаливания кажется, что у люминесцентной не хватает света. Дело в том, что за сотни тысяч лет эволюции люди привыкли к яркости солнечного света, и субъективно искусственный аналог недотягивает до него.

– Известно, что некоторые исследования о состоянии зрения у школьников показали: светодиодное освещение в рекреациях не приводило к ухудшению зрения, потому что создавало достаточно света. Поясните, как это возможно?

– Отраженный от различных поверхностей свет светодиодных ламп не так плох, как прямой, потому что он изменяет спектр излучения ламп, к которому добавляется естественное тепловое излучение поверхности освещенных предметов, свет становится более естественным. Светодиодные лампы слишком яркие, глаз не привык к такой увеличенной освещенности в темное время, в добавление ко всему создается избыточное давление на глаза. Все это ведет к дополнительной нагрузке на зрение и негативному влиянию на него.

Нетепловое излучение вредно для глаз, потому что оно имеет очень узкий линейчатый спектр и задействует строго определенный набор колбочек, а не их совместную слаженную работу. Более того, тепловое излучение представляет собой непрерывную кривую, в то время как нетепловое излучение оказывается дискретным и вводит колбочки и палочки (если источник освещения совсем слабый) в заблуждение. Идут строго определенные кванты света, не как в тепловом излучении, и рецепторы глаз начинают дергаться и сбоить, воспринимая цвета и освещенность в целом непривычно, потому как глаза адаптированы к равномерному напряжению своих световых рецепторов.

– Получается, в мозг поступает сигнал тревоги?

– Да. Глаз постоянно напрягается и пытается задействовать колбочки, которые при данном спектре освещения не задействуются. Он старается выискать недостающую информацию при таком излучении с урезанным спектром. Получается, что это работает как сигнал тревоги.

Для глаз также вреден смешанный свет, который получается, если мы в дневное время включаем освещение. В такой ситуации наслаиваются разные спектры, и орган зрения не поймет, на что ему настраиваться, а мозг – как обрабатывать эту информацию.

Более того, лампы дневного освещения, которые светят в белом свете, имитируют облачный день и негативно влияют на настроение. Поэтому, когда в дневное время учителя включают свет в классах, они понижают работоспособность учащихся, портят школьникам зрение и морально давят на психику. Лампы дневного света особенно неприятны при облачной погоде. То есть, если включать их, когда светит солнце, естественный свет будет преобладать по интенсивности и спектру. Смешивание светодиодных ламп с разным спектром и разным светофильтром почти так же плохо, как и смешивание ламп и естественного света. Снижению вреда от светодиодных ламп помогает уменьшение яркости. Также от слишком ярких ламп спасают козырек или темные очки.

– Как вы считаете, лучше работать за компьютером при свете или в темное время суток?

– В светлое время дня приходится повышать яркость, что плохо сказывается на глазах, однако она смешивается с естественным светом, и он ее отчасти компенсирует. В темноте можно уменьшить яркость, однако тогда источник освещения все равно будет сильно выделяться на темном фоне. В светлое время, особенно если работаешь на улице, освещение идет со всех сторон, отражаясь от неба и предметов. Поэтому освещение экрана кажется рассеянным.

В ночи же это «точечный» источник света, таргетированно бьющий в глаза. Также он будет казаться сильно ярче фона, а наше восприятие вообще относительно, и поэтому яркость экрана будет нелинейно выше. Но в дневное время негативно влиять будет смешанное освещение экрана и естественного света. Лучше всего работать за компьютером на закате.

– Можем ли мы ослепнуть от неправильных спектров? Исказится ли восприятие и отреагирует ли мозг?

– Побочки будут. Черные точки в глазах из-за ухудшения свето- и цветовосприятия, усталость, перенапряжение, некорректная обработка поступающей извне информации. Вдобавок глаз плохо фокусирует. Линейчатый спектр излучения негативно влияет не только на глаза и зрение, но и на всю работу мозга в целом. Он начинает бить тревогу, так как что-то происходит не по заданной схеме, и пытается исправить несоответствия, проделывая большую работу. Смешанное освещение вводит глаза и мозг в заблуждение и негативно влияет на организм. Кроме того, белый свет ламп оказывает психологически удручающий эффект. Включать в аудиториях лампы дневного освещения, да еще и в дневное время, очень плохо. Вечером в транспорте белый свет разгоняет организм и не дает успокоиться перед сном, что также влияет негативно.

Значительное воздействие на человека оказывает также давление света: чем больше интенсивность света, тем больше он давит на глаза. Бегать сложнее при свете, потому что давление света увеличивает давление в крови. Свет из окна сбоку плох, потому что он лишь имитация рассветного солнца, если нет штор, свет попадает в глаза, пусть даже закрытые, и человеку плохо спится. Отдельные фотоны (преимущественно красного цвета) действительно могут проникать через закрытые веки. В режиме опасности мышцы глаз могут напрягаться так, что резкость и острота зрения повышаются. Тем не менее стоит подчеркнуть, что у человеческого организма всегда есть запас и ресурс на случай непредвиденных обстоятельств.

Алена ЮРЧЕНКО, Мария ГОЛУБЕВА