Самые дальние звезды млечного пути видимые невооруженным глазом. Читать онлайн "Видны ли звезды днем?" Видны ли звезды из космоса

08.03.2020Рубрика: Здоровье ребенка от 3 до 7

В последнее время, после проведения прямого эфира с Международной космической станции (МКС), в Сети появилось довольно много комментариев, которые указывали, что эти кадры должны были быть подделкой, так как на заднем плане отсутствуют звезды.

Теперь мы могли бы обсудить, как эти люди считают, что правительства разных стран мира занимаются аферой стоимостью в триллион долларов, и что они одни, комментируя в Сети, смогли обнаружить неточности. Или же мы можем признать, что не каждый человек может разобраться в этом вопросе, но здесь нет ничего зазорного, до тех пор пока мы активно пытаемся бороться с этим. Так в чем же было дело?

Звезды отчетливо видны в пространстве. На самом деле мы можем видеть их лучше из космоса, чем через нашу плотную атмосферу. Именно поэтому ученые продолжают посылать туда телескопы.

Причина, по которой звезды не видны на фото, имеет гораздо больше общего с самой фотографией, чем с астрономией.

Звезды достаточно тусклые по сравнению со светом, отраженным от Земли и Луны. Для того чтобы делать хорошие снимки в космическом пространстве, необходимо иметь высокую скорость затвора и очень короткую экспозицию. Это значит, что наша планета и Луна отчетливо видны, но звезды часто не проявляются на фото.

Скорость движения

Помимо необычных условий освещения в космическом пространстве, есть еще один фактор, который требует быстрого времени реакции камеры. МКС перемещается на скорости 8 километров в секунду, которая отлично подходит для пребывания на орбите, но фото в таком случае получаются смазанными.

Особенности оборудования

Проблема заключается не только в этом. Попробуйте сфотографировать ночное небо на свой смартфон. Сколько звезд вы видите? А что произойдет, если вы попытаетесь сфотографировать что-то на переднем плане? Сможет ли ваша камера при этом уловить также звезды на заднем плане?

Именно эти причины заставляют астрофотографов использовать весьма дорогостоящее оборудование, оптимизированное для выполнения конкретной задачи, и тщательно планировать погодные условия и время экспозиции.

Но даже если звезды часто не видны на всех фотографиях, видео и онлайн-трансляциях, есть много красиво снятых изображений, показывающих звезды, и даже Млечный Путь, снятых благодаря МКС, которые находятся в общем доступе, так что вы можете увидеть их в любой момент.

Существует старое и довольно распространенное убеждение, что днем из глубокого колодца можно увидеть звезды. Время от времени это утверждают вполне авторитетные авторы. Так, более двух тысячелетий назад Аристотель писал, что звезды могут быть видны днем из глубокой пещеры. Несколько позже Плиний повторил то же самое, заменив пещеру колодцем. Немало писателей упоминало об этом в своих произведениях: помните, у Киплинга - звезды видны в полдень со дна глубокого ущелья. А сэр Роберт Болл в книге «Star-Land» (Бостон, 1889 г.) дает подробные рекомендации, как наблюдать днем звезды со дна высокой печной трубы (рис. 1), объясняя эту возможность тем, что в темной трубе зрение человека становится более острым.

Итак, видны ли звезды днем? Что говорит об этом эксперимент? Сознаюсь, у меня до сих пор не было возможности спуститься в очень глубокий колодец или залезть в высоченную трубу. Однако в разные времена находились любознательные граждане, пытавшиеся сами обнаружить «эффект колодца». Знаменитый немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр Гумбольд, пытаясь увидеть звезды днем, опускался в глубокие шахты Сибири и Америки, но безрезультатно. В наши дни тоже есть беспокойные головы. Например, журналист «Комсомольской правды» Л.Репин в номере от 24 мая 1978г. писал: «Говорят, что среди бела дня можно увидеть звезды на небе, если спуститься в глубокий колодец. Однажды я решил проверить, правда ли это, спустился в шестидесятиметровый колодец, а звезд так и не смог разглядеть. Только маленький квадратик ослепительно синего неба».

Еще одно свидетельство: опытный любитель астрономии из города Спрингфилд (штат Массачусетс, США) Ричард Сандерсон так описывает свои наблюдения в журнале «Skeptical Inquirer» (1992г.):

«Как-то лет 20 назад, когда я работал практикантом в планетарии спрингфилдского Музея науки, мы с коллегами стали спорить об этом древнем поверий. Наш спор услышал директор музея Франк Коркош и предложил разрешить его экспериментально: он отвел нас в подвал музея, где начиналась высокая и узкая печная труба. В нее вела маленькая дверца, в которую мы смогли просунуть свои головы. Я помню чувство возбуждения от перспективы среди бела дня увидеть ночные светила.

Посмотрев вдоль дымохода наверх, я увидел сияющий кружок на фоне непроницаемой черноты печного нутра. От окружающей темноты зрачки моих глаз расширились и клочок неба заблестел еще ярче. Я сразу понял, что с помощью этого «прибора» мне не удастся увидеть днем звезды. Когда мы выбрались из музейного подвала, директор Коркош заметил, что только одну звезду удается наблюдать днем в хорошую погоду: это - Солнце».

Итак, ночные звезды не видны днем из глубокого колодца, равно как и из высокой трубы. Однако не будем торопиться с выводами: сквозь некоторые трубы звезды видны даже днем. Речь идет об астрономических трубах - телескопах. В чем же тут дело? Почему труба с линзами позволяет видеть звезды днем, а простая труба - нет?

По материалам http://www.physbook.ru

Немало писателей упоминало об этом в своих произведениях: помните, у Киплинга - «звезды видны в полдень со дна глубокого ущелья». А Роберт Болл в своей книге «Star-Land» (Бостон, 1889 г.) дает подробные рекомендации, как наблюдать днем звезды со дна высокой печной трубы, объясняя эту тем, что в темной печной трубе зрение более острым.

Итак, видны ли звезды днем? Знаменитый немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр Гумбольдт, пытаясь увидеть звезды днем, спускался в глубокие шахты Сибири и Америки, но безрезультатно. В наши дни тоже есть беспокойные головы. Например, журналист газеты «Комсомольская правда» Леонид Репин в номере от 24 мая 1978 писал:

«Говорят, что и среди бела дня можно увидеть звезды на небе, если спуститься в глубокий колодец. Однажды я решил проверить, правда ли это, спустился в шестидесятиметровый колодец, а звезд так и не смог разглядеть. Только маленький квадратик ослепительно синего неба» .

Вот еще одно свидетельство. Опытный любитель астрономии из города Спрингфилд (штат Массачусетс, США) Ричард Сандерсон так описывает свои наблюдения в журнале Skeptical Inquirer:

« Как-то лет двадцать назад, когда я работал практикантом в планетарии спрингфилдского Музея науки, мы с коллегами стали спорить об этом древнем поверии. Наш спор услышал директор музея Франк Коркош и предложил разрешить его экспериментально. Он отвел нас в подвал музея, где начиналась высокая и узкая печная труба. В ней была маленькая дверца, в которую мы смогли просунуть свои головы. Я помню чувство возбуждения от перспективы среди бела дня увидеть ночные светила.

Посмотрев вдоль дымохода наверх, я увидел сияющий кружок голубого неба на фоне непроницаемой черноты печного нутра. От окружающей темноты зрачки моих расширились, и клочок неба заблестел еще ярче. Я сразу понял, что с помощью этого „прибора“ мне не удастся увидеть звезды днем.

Когда мы выбрались из музейного подвала, директор Коркош заметил, что только одну звезду можно наблюдать днем в хорошую погоду: это - Солнце» .

Итак, свидетели утверждают, что звезды днем из глубокого колодца, равно как и из высокой трубы, не видны. Однако не будем торопиться с выводами: сквозь некоторые трубы увидеть днем звезды все-таки можно. В данном случае речь идет об астрономических трубах - телескопах.

В чем же тут дело? Почему «труба с линзами» позволяет видеть звезды днем, а простая труба - нет?

Чтобы понять это, нужно представить себе нашего зрения. Как известно, главная линза, зрачок, создает изображение на задней стенке поверхности глаза, покрытой светочувствительным слоем - сетчаткой, которая состоит из большого числа элементарных приемников света - колбочек и палочек. Они по-разному чувствительны к свету, но для нас это сейчас не важно, и поэтому для простоты будем все их называть колбочками. Важно же то, что каждая колбочка передает в мозг информацию о потоке падающего на нее света, а мозг синтезирует из этих отдельных сообщений (сигналов) цельную картину увиденного.

Глаз - очень сложный приемник информации, и в некотором роде он подобен «умному» электронному устройству, например, радиоприемнику. У него есть автоматической регулировки усиления, которая чувствительность при ярком свете и повышает ее в темноте. Есть у него и система шумоподавления, которая сглаживает случайные колебания светового потока, как по времени, так и по поверхности сетчатки. Эта имеет определенные пороговые характеристики, поэтому не замечает быстрых изменений изображения (принцип кино) и малых флуктуаций яркости.

Когда мы наблюдаем звезду ночью, поток света от нее на одну колбочку хоть и мал, но существенно превосходит поток от темного неба, падающий на соседние колбочки. Поэтому фиксирует это как значимый сигнал. Но днем на колбочки падает так много света от неба, что небольшая добавка в виде света звезды, приходящаяся на один из этих элементов, не ощущается и «списывается» на флуктуации.

Довольно легко убедиться, что именно яркий фон неба скрывает от нас звезды. Вот эксперимент по этому поводу советует провести Яков Перельман в своей «Занимательной астрономии» («Гостехиздат», 1949 г., стр. 155):

«Несложный может наглядно прояснить исчезновение звезд при дневном небе. Для его проведения в боковой стенке картонного ящика пробивают несколько дырочек, расположенных наподобие какого-нибудь созвездия, а снаружи наклеивают лист белой бумаги. Ящик помещают в темную комнату и освещают изнутри: на пробитой стенке явственно выступают тогда освещенные изнутри дырочки - это звезды на ночном небе. Но стоит только, не прекращая освещения изнутри, зажечь в комнате достаточно яркую лампу - и искусственные звезды на листке бумаги бесследно исчезают: это „дневной свет“ гасит звезды».

Звезда может стать видимой на фоне дневного неба только в том случае, если поток света от нее будет сравним с потоком от площадки неба, которую зрачок проецирует на одну колбочку. Замечу, что угловой размер этой площадки называется разрешающей способностью человеческого и составляет около 1 угловой минуты.

Что же делает телескоп, позволяя нам без труда наблюдать днем ночные светила? Очевидно, объектив телескопа собирает значительно света, чем зрачок глаза. Но в этом смысле изображения звезды и неба равноценны - при наблюдении в телескоп поток света от них в глаз увеличивается в одинаковое число раз, приблизительно равное отношению площади объектива к площади зрачка. В данном случае гораздо важнее другое - телескоп улучшает разрешающую способность глаза: ведь он увеличивает угловой размер наблюдаемых объектов. При этом та площадка, что при наблюдениях невооруженным глазом проецируется на одну колбочку, в телескоп проецируется сразу на несколько колбочек, и значит на каждую из них приходится пропорционально меньше света (например, если телескоп увеличивает угловой диаметр объектов в, А раз, то наблюдаемая яркость неба уменьшается в А2 раз). Однако звезда имеет очень малый угловой размер, и ее свет по-прежнему попадает на одну колбочку. Таким образом, свет звезды уже кажется «солидным» на фоне уменьшенной яркости неба. И она заметной.

Что же получается: бери телескоп с большим увеличением и можешь рассматривать днем самые слабые звезды? Нет, это не так. Земная атмосфера неоднородна, поэтому изображение звезды размывается и имеет вполне определенный угловой размер, хотя и очень малый. Ночью, при хорошей погоде, высоко в горах он составляет около 1 угл. сек. А днем на уровне моря - не менее 2–3 угл. сек. Поэтому максимальное увеличение, которое мы можем использовать, будет определяться таким образом, чтобы звезда по-прежнему оставалась точечным источником. Оно равно примерно 30–60 крат. В более сильном увеличении смысла нет: изображение звезды будет проецироваться сразу на несколько колбочек, и станет ослабевать так же, как и яркость неба.

Давайте оценим, насколько слабые звезды становятся видны днем при помощи телескопа. В ясную погоду дневное небо имеет яркость примерно -5m на квадратную минуту дуги, то есть приблизительно на одну колбочку. Блеск Венеры около -4m. Поэтому будем считать, что звезда видна, если ее блеск не более чем на одну звездную величину меньше поверхностной яркости неба с квадратной минуты. Используя телескоп с увеличением, скажем, 45 крат, мы добьемся уменьшения яркости фона неба по сравнению с яркостью звезды в 452 (примерно в 2000 раз), то есть примерно на 8m. Значит, в поле телескопа яркость неба снизится до +3m с квадратной минуты и тем самым нам станут доступны звезды до +4m. астрономических наблюдений показывает, что это действительно так.

С телескопом мы разобрались, теперь вернемся к колодцу. Может ли колодец уменьшить яркость неба для находящегося внутри него наблюдателя так, чтобы из него можно было увидеть звезды? В принципе, чисто геометрически, может, перекрыв все поле за исключением маленькой области, поток света от которой будет сравним с потоком света от звезды. Но для этого сидящему на дне колодца наблюдателю отверстие должно быть видно под углом менее одной минуты. При диаметре колодца в 1 м его глубина быть более 1/sin1"=3.4 км! При этом отверстие колодца наблюдателю будет видно лишь как светлая точка, яркость которой увеличится лишь на мгновение, если какая-либо звезда пройдет точно через зенит. При всем желании трудно считать данную процедуру «наблюдением звездного неба».

Высокая труба также может быть использована при наблюдениях звездного неба днем. Ведь она создает воздушный канал, в котором практически нет рассеянного солнечного света. И если эта труба пройдет через всю толщу атмосферы, то сквозь нее мы в любое время суток сможем увидеть звезды! Однако стоит учесть, что практически вся масса воздуха заключена в приземном слое атмосферы толщиной около 20 км. Длинная же быть труба!

Таким образом, поверие о наблюдении звезд днем из глубокого колодца, как, впрочем, и из высокой трубы, оказалось мифом. Однако откуда он взялся? Об этом можно лишь догадываться. Возможно, находясь на дне колодца или шахты, кто-то действительно заметил проходящую по небу Венеру. Но это очень маловероятно и в принципе возможно лишь в тропических странах, где Венера бывает видна в зените. Более правдоподобно, что, опустившись в колодец или глубокую пещеру, люди замечали на фоне темных стен освещенные Солнцем пылинки. Возможно, их и принимали за звезды.

Сурдин В. Видны ли звезды днем из глубокого колодца? //Квант. - 1994. - № 1. - С. 11-13.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Рис. 1. This illustration appeared in the 1899 edition of Sir Robert Ball"s 1889 book Star-Land with the caption "How the stars are to be seen in broad daylight."

Прежде всего давайте подумаем, почему звезды днем не видны? Да просто потому, что небо яркое от рассеянного солнечного света. Если по какой-то причине рассеянный свет ослабнет, например произойдет полное солнечное затмение, то яркие звезды и планеты станут прекрасно видимыми днем. Так же хорошо они видны в открытом космическом пространстве или с поверхности Луны. Почему же рассеянный в атмосфере солнечный свет скрывает их от нас? Ведь свет звезд при этом не ослабевает.

Чтобы понять это, нужно представлять себе механизм нашего зрения. Как известно, глазная линза - зрачок - создает изображение на задней поверхности глаза, покрытой светочувствительным слоем - сетчаткой, которая состоит из большого числа элементарных приемников света - колбочек и палочек. Они по-разному чувствительны к цвету, но для нас сейчас это не важно, поэтому будем для простоты все их называть колбочками. Важно же то, что каждая колбочка передает в мозг информацию о потоке падающего на нее света, а мозг синтезирует из этих отдельных сообщений (сигналов) цельную картину увиденного.

Глаз - очень сложный приемник информации, но в некотором роде он подобен «умному» электронному устройству, например радиоприемнику. У глаза также есть система автоматической регулировки усиления, которая снижает его чувствительность при ярком свете и повышает в темноте. Есть у него и система шумоподавления, которая сглаживает случайные флуктуации светового потока как по времени, так и по поверхности сетчатки. Эта система имеет определенные пороговые характеристики, поэтому глаз не замечает быстрых изменений изображения (принцип кино) и малых флуктуации яркости.

Когда мы наблюдаем звезду ночью, поток света от нее на одну колбочку хотя и мал, но существенно превосходит поток от темного неба, падающий на соседние колбочки. Поэтому мозг фиксирует это как значимый сигнал. Но днем на все колбочки падает так много света от неба, что небольшая добавка в виде света звезды, приходящая на один из этих элементов, не ощущается мозгом как реальное различие потоков света, а списывается на флуктуации».

Звезда может стать видимой на фоне дневного неба только в том случае, если поток света от нее сравним с потоком от площадки неба, которую зрачок проецирует на одну колбочку. Угловой размер этой площадки называется разрешающей способностью человеческого глаза и составляет около 1".

Из всех звездообразных объектов лишь Венера иногда видна на дневном небе. Увидеть ее очень непросто: небо должно быть идеально чистым и нужно хотя бы приблизительно знать, в каком месте на небе в данный момент находится Венера. Все остальные планеты и звезды имеют блеск значительно слабее, чем у Венеры, поэтому увидеть их без телескопа днем совершенно невозможно. Впрочем, некоторые астрономы утверждают, что при идеальных условиях им удавалось днем наблюдать Юпитер, который в несколько раз слабее Венеры. Но вот ярчайшую звезду нашего небосвода - Сириус - пока еще никому не удалось увидеть днем на уровне моря. Говорят, что его видели высоко в горах, на фоне темно-фиолетового неба.

Довольно легко убедиться, что яркий фон скрывает от нас светлые точки. Вот что советует по этому поводу Яков Перельман в «Занимательной астрономии» (М.-Л., Гостехиздат, 1949, с. 155):

«Несложный опыт может наглядно пояснить это исчезновение звезд при дневном свете. В боковой стенке картонного ящика пробивают несколько дырочек, расположенных наподобие какого-нибудь созвездия, а снаружи наклеивают лист белой бумаги. Ящик помещают в темную комнату и освещают изнутри: на пробитой стенке явственно выступают тогда освещенные изнутри дырочки - это звезды на ночном небе (рис. 2). Но стоит только, не прекращая освещения изнутри, зажечь в комнате достаточно яркую лампу - и искусственные звезды на листе бумаги бесследно исчезают: это «дневной свет» гасит звезды».

Что же делает телескоп, позволяя нам без труда наблюдать днем ночные светила? Разумеется, объектив телескопа собирает значительно больше света, чем зрачок глаза. Но в этом смысле изображение звезды и неба равноценны - при наблюдении в телескоп поток света от них в глаз увеличивается в одинаковое число раз, приблизительно равное отношению площади объектива к площади зрачка. Гораздо важнее другое - телескоп улучшает разрешающую способность глаза, ведь он увеличивает угловой размер наблюдаемых объектов. При этом та же площадка неба проецируется на большее число колбочек, и значит, на каждую из них приходится пропорционально меньше света. Например, если телескоп увеличивает угловой размер объектов в А раз, то наблюдаемая яркость неба уменьшается в А 2 раз. Однако звезда имеет очень малый угловой размер, и ее свет по-прежнему попадает на одну колбочку.

Но теперь добавочный свет звезды может уже стать «солидным» на фоне уменьшенной яркости неба. Например, при 45-кратном увеличении телескопа яркость неба эффективно снижается в 45 2 ≈ 2000 раз, и на фоне неба становятся видны некоторые - самые яркие - звезды и планеты.

Что же получается: бери телескоп с большим увеличением и можешь рассматривать днем самые слабые звезды? Нет, это не так. Земная атмосфера неоднородна, поэтому изображение звезды размывается и имеет вполне определенный угловой размер, хотя и очень малый. Ночью, при хорошей погоде, высоко в горах он составляет около 1". А днем, на уровне моря - не менее 2" - 3". Поэтому, если телескоп увеличивает более чем в 30 - 60 раз, угловой размер звезды для наблюдателя превышает разрешающую способность глаза и ее изображение попадает на несколько колбочек. Поэтому в более сильном увеличении смысла нет: яркость изображения звезды будет ослабевать так же, как и яркость неба.

Давайте оценим, какие звезды можно увидеть днем в телескоп. В ясную погоду дневное небо имеет яркость примерно - 5 m на квадратную минуту дуги, т.е. приблизительно на одну колбочку . Блеск Венеры около - 4 m . Поэтому будем считать, что звезда становится видна, если ее блеск не более чем на 1 m меньше поверхностной яркости неба с квадратной минуты. Как мы выяснили, используя телескоп, мы можем понизить яркость неба не более чем в 2000 раз, т.е. примерно на 8 m . Значит, яркость неба снизится до(-5 m + 8 m) = 3 m с квадратной минуты и станут видны звезды с блеском до 4 m . Опыт астрономических наблюдений показывает, что так оно и есть.

С телескопом мы разобрались, теперь вернемся к колодцу. Может ли колодец уменьшить яркость неба для находящегося в нем наблюдателя? В принципе, может, но не с помощью линз, а чисто геометрически, перекрыв все поле зрения за исключением маленькой области, поток света от которой будет сравним с потоком от звезды. Но для этого сидящему на дне колодца наблюдателю отверстие должно быть видно под углом менее 1". При диаметре колодца в 1 м его глубина должна быть более 1 м /sin 1" = 3,4 км! Но даже при этом наблюдателю будет видна лишь светлая точка, яркость которой увеличится на мгновение, если какая-либо звезда пройдет точно через зенит. При всем желании трудно считать эту процедуру «наблюдением звездного неба». Да и колодец такой еще поискать надо! А что касается вероятности прохода яркой звезды точно через зенит (± 0,5"), то, предоставив это проверить расчетами читателю, могу заявить - не одно тысячелетие пришлось бы ожидать этой сокровенной секунды!

Вообще говоря, и высокая труба также может исполнить свою роль при дневных наблюдениях звезд. Ведь она создает нам воздушный канал, в котором практически нет рассеянного солнечного света. Если эта труба пройдет через всю толщу атмосферы, то сквозь нее мы в любое время суток увидим ночное небо! Почти вся масса воздуха заключена в приземном слое толщиной около 20 км. Однако длинная должна быть труба!

Таким образом, поверие о дневном наблюдении звезд из колодца оказалось мифом. Однако, откуда же он взялся? Об этом можно лишь догадываться. Возможно, находясь на дне колодца или шахты, кто-то действительно заметил проходящую по небу Венеру. Но это очень маловероятно и в принципе возможно лишь в тропических странах, где Венера бывает видна в зените. Более правдоподобно, что, опустившись в колодец или глубокую пещеру, люди замечали освещенные солнцем пылинки на фоне темных стен. Возможно, их и принимали за звезды?

И все же расследование этого мифа нельзя считать законченным. Необходимо повнимательнее присмотреться к иллюзиями человеческого зрения, к неожиданным сочетаниям природных условий, к редким физическим эффектам. В этом немалую помощь можете оказать и вы, уважаемые читатели.

Например, любитель астрономии Рамиро Круз из Хьюстона (штат Техас, США) решил сам проверить слухи о том, что Сириус можно увидеть на дневном небе. Он разыскивал звезду в юго-западной части неба в апреле 1992 г. незадолго до захода солнца. Заметим, он знал, где искать! Невооруженным глазом ему удавалось заметить Сириус не ранее чем за 21 минуту до захода солнца. А вооружившись полевым биноклем 7 × 50, он обнаруживал звезду за 43 минуты до захода (Sky and Telescope, vol. 85, N 2, Feb. 1993, p. 112). Этих данных нам достаточно, чтобы оценить яркость неба в момент обнаружения звезды.

Хьюстон находится на 30е северной широты, значит, небесный экватор пересекает там горизонт под углом 90° - 30° = 60°. Поскольку наблюдения проводились сразу после весеннего равноденствия, солнце было вблизи экватора и тоже заходило за горизонт под углом 60°. За минуту солнце проходит по небу дугу в 360°/(24·60) = 0,25°. Значит, высота солнца над горизонтом (а ) за t минут до захода была

\(~a = 0,25^{\circ} \cdot \sin 60^{\circ}t \approx 0,2t.\)

Поэтому невооруженный глаз видит Сириус при высоте солнца не более a n ≈ 0,2°·21 ≈ 4,5°, а с помощью бинокля при a b ≈ 0,2°·43 ≈ 9°. При этом яркость неба в зените составляет, соответственно, 7% и 13% от ее яркости в полдень (Д.Я. Мартынов, «Курс практической астрофизики», М.: Наука, 1977, с. 300). Вспомним, что блеск Сириуса как раз в 15 раз меньше блеска Венеры. Именно в тот момент, когда яркость неба перед заходом солнца уменьшается в 15 раз, Сириус становится видим глазом. Бинокль же помогает увидеть звезду при более ярком небе, поскольку усиливает яркость звезды, незначительно меняя поверхностную яркость неба. Вот такой полезный эксперимент проделал любитель астрономии из Хьюстона.

Теперь и вправду можно поверить, что днем в высокогорье или с борта самолета виден Сириус: ведь на высоте 5 - 7 км небо днем раз в 15 - 20 темнее, чем на уровне моря. Будете лететь на самолете, обратите внимание на небо: не видны ли Сириус, Юпитер или Венера.

И помните! Наблюдать в телескоп днём звезды очень-очень опасно! Ведь ненароком вы можете повернуть телескоп в сторону Солнца, и тогда вы можете ослепнуть.

Автор Сурдин Владимир Георгиевич

Видны ли звезды днем?

Существует старое и довольно распространенное убеждение, что днем из глубокого колодца можно увидеть звезды. Время от времени это утверждают вполне авторитетные авторы. Более двух тысячелетий назад древнегреческий философ Аристотель писал, что звезды могут быть видны днем из глубокой пещеры. Позже римский ученый Плиний повторил то же самое, заменив пещеру колодцем. Немало писателей упоминало об этом в своих произведениях: помните, у Киплинга - "звезды видны в полдень со дна глубокого ущелья". А Роберт Болл в своей книге "Star-Land" (Бостон, 1889 г.) дает подробные рекомендации, как наблюдать днем звезды со дна высокой печной трубы, объясняя эту возможность тем, что в темной печной трубе зрение человека становится более острым. Итак, видны ли звезды днем? Сознаюсь, у меня не было до сих пор возможности спуститься в очень глубокий колодец или залезть в высоченную трубу.

Однако в разные времена находились любознательные люди, пытавшиеся обнаружить "эффект колодца". Знаменитый немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр Гумбольдт, пытаясь увидеть звезды днем, спускался в глубокие шахты Сибири и Америки, но безрезультатно. В наши дни тоже есть беспокойные головы.

Например, журналист газеты "Комсомольская правда" Леонид Репин в номере от 24 мая 1978 года писал: "Говорят, что и среди бела дня можно увидеть звезды на небе, если спуститься в глубокий колодец. Однажды я решил проверить, правда ли это, спустился в шестидесятиметровый колодец, а звезд так и не смог разглядеть. Только маленький квадратик ослепительно синего неба". Вот еще одно свидетельство. Опытный любитель астрономии из города Спрингфилд (штат Массачусетс, США) Ричард Сандерсон так описывает свои наблюдения в журнале Skeptical Inquirer (1992 год, том 17, стр. 74): "Как-то лет двадцать назад, когда я работал практикантом в планетарии спрингфилдского Музея науки, мы с коллегами стали спорить об этом древнем поверии.

Наш спор услышал директор музея Франк Коркош и предложил разрешить его экспериментально. Он отвел нас в подвал музея, где начиналась высокая и узкая печная труба. В ней была маленькая дверца, в которую мы смогли просунуть свои головы. Я помню чувство возбуждения от перспективы среди бела дня увидеть ночные светила. Посмотрев вдоль дымохода наверх, я увидел сияющий кружок голубого неба на фоне непроницаемой черноты печного нутра. От окружающей темноты зрачки моих глаз расширились, и клочок неба заблестел еще ярче. Я сразу понял, что с помощью этого "прибора" мне не удастся увидеть звезды днем. Когда мы выбрались из музейного подвала, директор Коркош заметил, что только одну звезду можно наблюдать днем в хорошую погоду: это - Солнце". Итак, свидетели утверждают, что звезды днем из глубокого колодца, равно как и из высокой трубы, не видны. Однако не будем торопиться с выводами: сквозь некоторые трубы увидеть днем звезды все-таки можно.

В данном случае речь идет об астрономических трубах - телескопах. В чем же тут дело? Почему "труба с линзами" позволяет видеть звезды днем, а простая труба - нет?

Прежде всего, давайте подумаем, почему звезды днем не видны? Ответ довольно очевиден: просто потому, что от рассеянного атмосферой солнечного света дневное небо яркое. Если по какой-то причине этот фон ослабнет, например, произойдет полное солнечное затмение, то яркие звезды и планеты будут прекрасно видны днем. Также хорошо они видны в открытом космическом пространстве или с поверхности Луны, где небо абсолютно черное, и никакого светового фона нет. Почему же рассеянный в земной атмосфере солнечный свет скрывает от нас звезды? Ведь их собственный свет при этом не ослабевает. Чтобы понять это, нужно представить себе механизм нашего зрения. Как известно, главная линза, зрачок, создает изображение на задней стенке поверхности глаза, покрытой светочувствительным слоем - сетчаткой, которая состоит из большого числа элементарных приемников света - колбочек и палочек. Они по-разному чувствительны к свету, но для нас это сейчас не важно, и поэтому для простоты будем все их называть колбочками. Важно же то, что каждая колбочка передает в мозг информацию о потоке падающего не нее света, а мозг синтезирует из этих отдельных сообщений (сигналов) цельную картину увиденного. Глаз - очень сложный приемник информации, и в некотором роде он подобен "умному" электронному устройству, например, радиоприемнику. У него есть система автоматической регулировки усиления, которая снижает чувствительность глаза при ярком свете и повышает ее в темноте. Есть у него и система шумоподавления, которая сглаживает случайные колебания светового потока, как по времени, так и по поверхности сетчатки. Эта система имеет определенные пороговые характеристики, поэтому глаз не замечает быстрых изменений изображения (принцип кино) и малых флуктуаций яркости. Когда мы наблюдаем звезду ночью, поток света от нее на одну колбочку хоть и мал, но существенно превосходит поток от темного неба, падающий на соседние колбочки. Поэтому мозг фиксирует это как значимый сигнал. Но днем на колбочки падает так много света от неба, что небольшая добавка в виде света звезды, приходящаяся на один из этих элементов, не ощущается и "списывается" на флуктуации. Довольно легко убедиться, что именно яркий фон неба скрывает от нас звезды. Вот какой эксперимент по этому поводу советует провести Яков Перельман в своей "Занимательной астрономии" ("Гостехиздат", 1949 г., стр. 155): "Несложный опыт может наглядно прояснить исчезновение звезд при дневном небе. Для его проведения в боковой стенке картонного ящика пробивают несколько дырочек, расположенных наподобие какого-нибудь созвездия, а снаружи наклеивают лист белой бумаги. Ящик помещают в темную комнату и освещают изнутри: на пробитой стенке явственно выступают тогда освещенные изнутри дырочки - это звезды на ночном небе. Но стоит только, не прекращая освещения изнутри, зажечь в комнате достаточно яркую лампу - и искусственные звезды на листке бумаги бесследно исчезают: это "дневной свет" гасит звезды". Звезда может стать видимой на фоне дневного неба только в том случае, если поток света от нее будет сравним с потоком от площадки неба, которую зрачок проецирует на одну колбочку. Замечу, что угловой размер этой площадки называется разрешающей способностью человеческого глаза и составляет около 1 угловой минуты.

Из всех звездообразных объектов лишь Венера иногда видна на дневном небе. Увидеть ее непросто: небо должно быть идеально чистым, и нужно приблизительно знать, в каком месте на небе в данный момент она находится. Все остальные планеты и звезды имеют блеск значительно слабее, чем у Венеры, поэтому найти их без телескопа днем совершенно невозможно. Впрочем, некоторые астрономы утверждают, что при идеальных условиях им удавалось днем наблюдать Юпитер, который в несколько раз слабее Венеры. Но вот ярчайшую звезду нашего небосвода Сириус пока еще никому не удавалось наблюдать днем с уровня моря. Правда, говорят, что ее видели высоко в горах, на фоне темно-фиолетового неба. Что же делает телескоп, позволяя нам без труда наблюдать днем ночные светила? Очевидно, объектив телескопа собирает значительно больше света, чем зрачок глаза. Но в этом смысле изображения звезды и неба равноценны - при наблюдении в телескоп поток света от них в глаз увеличивается в одинаковое число раз, приблизительно равное отношению площади объектива к площади зрачка. В данном случае гораздо важнее другое - телескоп улучшает разрешающую способность глаза: ведь он увеличивает угловой размер наблюдаемых объектов. При этом та площадка, что при наблюдениях невооруженным глазом проецируется на одну колбочку, в телескоп проецируется сразу на несколько колбочек, и значит на каждую из них приходится пропорционально меньше света (например, если телескоп увеличивает угловой диаметр объектов в А раз, то наблюдаемая яркость неба уменьшается в А 2 раз). Однако звезда имеет очень малый угловой размер, и ее свет по-прежнему попадает на одну колбочку. Таким образом, свет звезды уже кажется "солидным" на фоне уменьшенной яркости неба. И она становится заметной. Что же получается: бери телескоп с большим увеличением и можешь рассматривать днем самые слабые звезды? Нет, это не так. Земная атмосфера неоднородна, поэтому изображение звезды размывается и имеет вполне определенный угловой размер, хотя и очень малый. Ночью, при хорошей погоде, высоко в горах он составляет около 1 угл. сек. А днем на уровне моря - не менее 2–3 угл. сек. Поэтому максимальное увеличение, которое мы можем использовать, будет определяться таким образом, чтобы звезда по-прежнему оставалась точечным источником. Оно равно примерно 30–60 крат. В более сильном увеличении смысла нет: изображение звезды будет проецироваться сразу на несколько колбочек, и станет ослабевать так же, как и яркость неба. Давайте оценим, насколько слабые звезды становятся видны днем при помощи телескопа. В ясную погоду дневное небо имеет яркость примерно –5 m на квадратную минуту дуги, то есть приблизительно на одну колбочку. Блеск Венеры около –4 m . Поэтому будем считать, что звезда становится видна, если ее блеск не более чем на одну звездную величину меньше поверхностной яркости неба с квадратной минуты. Используя телескоп с увеличением, скажем, 45 крат, мы добьемся уменьшения яркости фона неба по сравнению с яркостью звезды в 452 (примерно в 2000 раз), то есть примерно на 8 m . Значит, в поле зрения телескопа яркость неба снизится до +3 m с квадратной минуты и тем самым нам станут доступны звезды до +4 m . Опыт астрономических наблюдений показывает, что это действительно так. С телескопом мы разобрались, теперь вернемся к колодцу. Может ли колодец уменьшить яркость неба для находящегося внутри него наблюдателя так, чтобы из него можно было увидеть звезды? В принципе, чисто геометрически, может, перекрыв все поле зрения за исключением маленькой области, поток света от которой будет сравним с потоком света от звезды. Но для этого сидящему на дне колодца наблюдателю отверстие должно быть видно под углом менее одной минуты. При диаметре колодца в 1 м его глубина должна быть более 1/sin1´=3.4 км! При этом отверстие колодца наблюдателю будет видно лишь как светлая точка, яркость которой увеличится лишь на мгновение, если какая либо звезда пройдет точно через зенит. При всем желании трудно считать данную процедуру "наблюдением звездного неба". ...