How big is 육안으로 볼 수 있는 가장 작은 크기?
100 마이크로미터!
현미경이나 돋보기 없이 사람이 알아볼 수 있는 가장 작은 물체는 너비가 약 0.1밀리미터, 즉 100마이크로미터이다. 1마이크로미터는 1미터의 100만분의 1이다. 이것은 물체가 아니라 사람 시력의 한계이며, 수치는 근삿값이다. 보는 사람의 눈, 조명, 물체를 얼마나 가까이 들고 보는지에 따라 달라진다.
크기
이 한계는 시력, 곧 눈이 미세한 부분을 구별하는 능력에서 비롯된다. 20/20이라고 하는 정상 시력을 가진 사람은 1각분, 즉 1도의 60분의 1에 걸치는 세부를 알아볼 수 있다. 시력 검사표에서 20/20 줄에 있는 글자의 획 하나가 이 각도에 걸친다.
이 각도가 얼마나 큰 세부를 덮는지는 거리에 따라 달라진다. 이상적인 시력을 가진 사람은 약 25센티미터까지 가까이 있는 물체에 초점을 맞출 수 있으며, 이 거리를 근점이라고 한다. 25센티미터에서 1각분은 약 73마이크로미터에 걸친다. 이를 올려 잡으면 약 0.1밀리미터가 되는데, OpenStax 교재 Microbiology가 현미경 없이 보이는 물체의 크기로 제시하는 값이 이것이다.
이 한계, 곧 볼 수 있는 가장 작은 크기를 키우는 요인이 여럿 있다. 근점은 나이가 들수록 멀어져서, 나이 든 눈은 작은 것을 그만큼 가까이 가져올 수 없다. 어두운 조명, 낮은 대비, 교정하지 않은 근시나 원시도 모두 시력을 떨어뜨린다.
크기 비교
- 사람의 난세포, 즉 난자는 지름이 약 120마이크로미터로, 이 한계보다 조금 크다. 일반적인 동물 세포는 지름이 10~100마이크로미터로, 이 한계를 넘지 않는다.
- 굵기가 80~100마이크로미터인 사람 머리카락은 이 한계와 비슷한 굵기이다.
- 지름이 50마이크로미터인 굵은 실트 알갱이는 이 한계의 절반이다. 토양학자들은 실트 알갱이 하나는 확대하지 않으면 볼 수 없지만 모래 알갱이는 볼 수 있다고 지적한다.
- 미터법 자에서 가장 작은 눈금인 1밀리미터는 이 한계의 10배이다.
- 6미터 떨어져서 읽을 때, 시력 검사표의 20/20 줄에 있는 글자는 높이가 약 8.7밀리미터이고, 획 하나의 굵기는 약 1.7밀리미터이다.
눈의 한계를 정하는 것
시력은 세 가지에 의해 제한된다. 빛은 동공을 통과하면서 조금 퍼지는데, 이를 회절이라고 한다. 눈의 광학계는 초점을 완벽하게 맞추지 못하며, 수차라고 하는 이런 결함도 상을 흐리게 한다. 또 눈 뒤쪽의 빛에 민감한 층인 망막은 낱낱의 세포로 상을 기록하는데, 이 세포들의 간격이 따로 한계를 정한다.
세부는 망막의 중심에서 가장 선명하다. 이곳에는 원추세포라고 하는 빛 감지 세포가 약 2.5마이크로미터 간격으로 빽빽하게 들어 있다. 중심에서 불과 몇 각분만 벗어나도 시력은 이미 측정할 수 있을 만큼 나빠진다. 지름이 약 3~5밀리미터인 동공이 회절과 흐림 사이에서 가장 좋은 균형을 이룬다.
세부를 알아보는 것과 무언가를 알아차리는 것
0.1밀리미터라는 수치는 시력 검사표 글자의 획처럼 세부를 알아보는 경우의 값이다. 다른 과제에서는 더 작은 것도 볼 수 있다. 점이나 선이 있는지 없는지를 가려내거나 두 선이 어긋나 있는지를 가려내는 일은 정상 시력의 한계보다 더 미세한 세부로도 해낼 수 있다. 점이나 선을 알아차리는 데에는 그것이 있다는 사실만 필요하고, 세부는 전혀 필요하지 않다.
출처
- Types of Microorganisms. In Microbiology. OpenStax, 2016.
- Visual Acuity. In Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. University of Utah.
- Physics of the Eye. In College Physics, 2nd edition. OpenStax, 2022.
- Zona Pellucida Genes and Proteins: Essential Players in Mammalian Oogenesis and Fertility. Wassarman and Litscher, Genes, 2021.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Soil Survey Manual. Agriculture Handbook No. 18. U.S. Department of Agriculture, 2017.