Алан МакРоберт
Итак, вы уверены в том, что перекрестие искателя вашего телескопа точно нацелено на точку, где в соответствии со звездной картой находится интересующий вас небесный объект. Что же вы ожидаете увидеть в окуляр телескопа?
Если искомый объект — яркая звезда, то результат весьма предсказуем. Звезда в телескоп видна как точечный источник света и выглядит почти так же, как и при наблюдении невооруженным глазом, только ярче.
Гораздо интереснее, но, как правило, и труднее наблюдать объекты дальнего космоса (в англоязычной литературе в подобных случаях обычно употребляется термин “дип-скай” объекты — прим. перев.). К ним относятся разнообразные туманности, звездные скопления и галактики, т.е. все то, что находится за пределами Солнечной системы и имеет видимые размеры (не выглядит в виде светящейся точки). Современному телескопу доступны сотни и тысячи таких призрачных свечений и трудноуловимых светящихся россыпей.
Точно наведя свой телескоп на цель, вы можете увидеть, если повезет, очень тусклое, бесформенное светящееся пятно, плавающее среди звезд. Само обнаружение такого объекта порой приводит наблюдателя в состояние трепетного волнения. Однако начинающий наблюдатель часто бывает разочарован: “Что... это и есть галактика? Но она не имеет ничего общего с иллюстрациями из книг!”
Здесь наблюдатель сталкивается с тем фактом, что глаз человека в условиях слабой освещенности работает не так хорошо, как фотокамера. Результат непосредственного, “живого” наблюдения галактики никогда не будет совпадать с эффектными фотографиями из книг и журналов. Но в этом заключается и некий вызов. При длительном и внимательном наблюдении во многих объектах дальнего космоса удается рассмотреть удивительно большое количество деталей.
При наблюдении подобных объектов телескоп выполняет несколько иную функцию, чем при наблюдении Луны, планет и земных пейзажей, когда его цель состоит в увеличении деталей удаленных объектов. При наблюдении объектов дальнего космоса основная задача телескопа заключается в том, чтобы собрать как можно больше света. И дело не в том, что эти объекты слишком малы, чтобы их видеть без помощи оптики, а в том, что они слишком слабо светятся.
По этой причине для наблюдения объектов дальнего космоса применяются специальные приемы и методики, помогающие глазу лучше видеть в условиях почти полной темноты. Именно о них и пойдет речь ниже.
Яркость неба.
Определяющим фактором, влияющим на возможность наблюдения объектов дальнего космоса, является наличие светового загрязнения (искусственная подсветка ночного неба — прим. перев.). Оно наихудшим образом сказывается на возможности наблюдения слабосветящихся протяженных объектов, о которых здесь идет речь. Темное небо является даже более важным условием наблюдения, чем размер телескопа: небольшой инструмент в деревне даст лучший результат при наблюдении тусклых туманностей и галактик, чем большой — в городе. Поэтому, если вы живете в районе с высоким уровнем засветки ночного неба, наслаждайтесь тем, что вы можете увидеть, но не корите себя или свой телескоп за посредственные результаты. А лучше всего — постарайтесь найти возможность для проведения наблюдений в сельской местности.
Адаптация к темноте.
Для привыкания к темноте глазу требуется некоторое время. Когда вы оказываетесь в темноте, то зрачки ваших глаз расширяются до своего почти максимального размера всего за несколько секунд. Но наиболее важная стадия адаптации зрения связана с химическими изменениями в сетчатке глаза. А на это требуются уже десятки минут.
После 15-минутного нахождения в полной темноте вам может показаться, что зрение уже совершенно адаптировалось. Но это не так. Тесты показывают, что в течение последующих 15 минут чувствительность глаза увеличивается еще на две звездные величины. Дальнейшее повышение чувствительности происходит очень медленно и длится еще в течение 90 минут. Таким образом, не следует рассчитывать на то, что вы сможете рассмотреть наилучшим образом слабые объекты в течение первых 30 минут наблюдений.
На практике полной темноты достичь не удается, т.к. необходимо какое-то освещение для ориентации при работе с телескопом. Обычно для этого используют слабый свет карманного фонарика с красным светофильтром, поскольку красный свет оказывает минимальное влияние на ночное зрение. Это объясняется тем, что в условиях почти полной темноты зрение обеспечивают светочувствительные клетки сетчатки глаза, которые называются “палочками”, а они нечувствительны к излучению в красном конце спектра электромагнитного излучения. Красный свет воспринимают другие светочувствительные клетки сетчатки — “колбочки”, которые обеспечивают цветное зрение при нормальном дневном свете. Идея состоит в том, чтобы использовать красные колбочки для чтения звездных карт и поиска окуляров, а палочки, защитив их от постороннего света, использовать для более тонкой работы за окуляром телескопа.
Красная бумага, закрепленная резинкой со стороны лампочки фонарика, обеспечит слабый рассеянный свет. Если же в фонарик, работающий от двух батареек, вставить лампочку, рассчитанную на питание от трех батареек, то фонарик будет светить слабым и слегка красноватым светом (если не установлен красный фильтр), а батарейки могут прослужить дольше. Еще лучше использовать вместо традиционного карманного фонарика со светофильтром фонарик, у которого излучателем служит красный светодиод. Его красный свет более чистый и насыщенный, что позволяет более четко разделить зрение, осуществляемое светочувствительными палочками и колбочками. Кроме того, светодиод потребляет гораздо меньший ток, поэтому батарейки могут служить несколько лет.
Еще один хитрый способ сохранения адаптации зрения к темноте заключается в том, чтобы использовать один глаз для работы с окуляром, а другой — для просмотра звездных карт. Когда глаз, предназначенный для наблюдения в телескоп, не используется, его следует зажмурить или надеть на него повязку.
Боковое зрение.
Если прямо смотреть на какой-либо предмет, то его изображение попадает на расположенную в середине сетчатки глаза область, называемую центральной ямкой. Здесь сосредоточены светочувствительные колбочки, “работающие” при ярком свете и обеспечивающие наибольшую остроту зрения. Но эта ямка совершенно слепа при тусклом свете. Поэтому для того, чтобы рассмотреть нечто слабосветящееся, необходимо смотреть немного в сторону от объекта наблюдения. Этим достигается смещение изображения с центральной ямки на боковые части сетчатки глаза, где расположено больше светочувствительных палочек.
Чтобы убедится в эффективности этого приема, пристально посмотрите на какую-нибудь звезду. Она исчезнет, даже если и является достаточно яркой. Посмотрите чуть в сторону — и она вновь окажется видимой. Потренируйтесь сосредотачивать свое внимание на точке, находящейся немного в стороне от предмета наблюдения. Такая методика носит название бокового зрения. Вам почти всегда придется пользоваться этим приемом при наблюдении объектов дальнего космоса.
Зрение человека наиболее чувствительно к слабосветящимся объектам, когда они расположены в секторе 8-16° от центра зрения в направлении носа. Также хорош для этого и сектор от 6° до 12° в направлении над центром зрения. Избегайте располагать объект наблюдения слишком близко к направлению на ухо. Изображение объекта может попасть на так называемое слепое пятно сетчатки и станет невидимым. На практике пределы бокового зрения наблюдателя определяются методом проб и ошибок. Чуть меньше — и вы не используете его на всю мощь, чуть больше — и вы теряете разрешающую силу зрения, способность видеть детали.
Покачивание телескопа.
Периферийное зрение человека чрезвычайно чувствительно к движению объекта. При некоторых условиях покачивание телескопа приводит к тому, что боковым зрением удается поймать тусклое свечение большой галактики или туманности. Если покачивание прекратить, то изображение опять растворится в смутной неопределенности небесного фона.
При других обстоятельствах, особенно при наблюдении слабосветящихся объектов с небольшим видимым размером, следует, видимо, использовать противоположную методику. Согласно данным американского астронома Роджера Кларка, содержащимся в его книге “Визуальная астрономия объектов дальнего космоса”, ряд исследований указывает на то, что глаз человека может строить изображение почти так же, как это делает фотопленка, если изображение сохранять совершенно неподвижным. При ярком свете время накопления изображения на сетчатке глаза, т.е. время “экспозиции” составляет всего порядка 0.1 секунды. Но в темноте, как заявляет Кларк, глаз работает совершенно иначе. Изображение тусклого объекта может строиться на сетчатке глаза в течение 6 секунд, если удается удерживать его все это время неподвижным на одном участке сетчатки.
Такая работа глаза полностью противоположна его инстинктивному поведению, ибо при ярком свете фиксация взгляда на каком-либо объекте приводит к ухудшению его видимости. Вероятно, именно большим временем экспозиции можно объяснить тот факт, что опытный наблюдатель видит такие объекты дальнего космоса, которые не замечает начинающий наблюдатель. Ветеран подсознательно чувствует, когда надо зафиксировать взгляд. Этим же можно объяснить и важность комфортного расположения тела наблюдателя: усталость и мускульное напряжение усиливают движение глаз.
Использование больших увеличений.
Здравый смысл рекомендует при наблюдении объектов дальнего космоса использовать малые увеличения, поскольку в этом случае свет от протяженного объекта концентрируется в небольшой области, и тем самым увеличивается видимая поверхностная яркость изображения (освещение данной области сетчатки глаза). Кларк, ссылаясь на многочисленные лабораторные исследования, считает эту точку зрения в целом неверной и полагает, что к лучшим результатам при наблюдении многих слабосветящихся объектов дальнего космоса приводят большие увеличения. Обоснование этого утверждения является непростым, но ключевым в понимании работы зрения при низкой освещенности. Поэтому рассмотрим этот вопрос более детально. Главный момент состоит в том, что у глаза, в отличие от фотокамеры и других чисто механических оптических систем, при слабом свете резко уменьшается разрешающая способность. Именно по этой причине человек не может ночью читать газету, хотя он ее видит, а оптическая система глаза теоретически может различать буквы так же хорошо, как и при дневном свете.
Исследования показывают, что глаз человека может различать детали размером порядка одной угловой минуты при ярком свете и только 20-30 угловых минут при наблюдении в телескоп в условиях слабого фонового свечения, ночного неба. А это почти размер Луны при наблюдении ее невооруженным глазом. Таким образом, детали очень тусклых объектов можно различить, лишь увеличив их до вышеуказанных размеров, а для этого требуется очень большое увеличение!
Объяснение этого лежит в механизме природной адаптации зрительной системы к ночному видению. Фотопленка накапливает падающий на нее свет пассивно, а нервная система сетчатки глаза обладает логико-вычислительной способностью. При тусклом освещении какой-либо области сетчатки глаза происходит сравнение сигналов от соседних областей. Слабый источник света, занимающий маленькую область (например, небольшая галактика в поле зрения окуляра), может быть совершенно невидимой на уровне сознания. Вместе с тем ее изображение строится на сетчатке глаза, доказательством чему может служить тот факт, что большая галактика с такой же слабой поверхностной яркостью легко наблюдаема. Почему так происходит? Дело в том, что если светочувствительные палочки фиксируют сомнительный отблеск света, то происходит опрос соседних участков сетчатки глаза на предмет, видят ли этот источник света они. Если да, то сигнал пропускается через зрительный нерв в мозг. Если нет — сигнал игнорируется.
При большом увеличении изображения его поверхностная яркость снижается. Однако общее число фотонов света, поступающих в глаз наблюдателя, остается неизменным. Но это не значит, что эти фотоны распределяются по большой площади сетчатки; система обработки изображений глаза справляется с их восприятием, по крайней мере, в некоторых пределах, Поэтому необходим некоторый компромисс для достижения оптимального восприятия слабого света: достаточный угловой размер объекта и не слишком большое уменьшение поверхностной яркости.
Что все это означает для наблюдателя объектов дальнего космоса? А то, что разумнее всего пробовать различные увеличения для каждого объекта наблюдения. Вы будете удивлены тем, насколько больше деталей можно увидеть с одним увеличением по сравнению с другим.
Еще одно замечание. Среди наблюдателей бытует мнение о том, что длиннофокусные телескопы (с малым относительным отверстием) дают более четкое и контрастное изображение слабосветящихся объектов, чем короткофокусные. Фокусное соотношение здесь не причем. Просто при использовании длиннофокусных телескопов большое увеличение применяется чаще! Кроме того, их оптика часто оказывается более качественной, поскольку ее легче изготовить.
Цвет.
Объекты дальнего космоса нередко разочаровывают начинающих наблюдателей не только отсутствием видимых деталей, но также отсутствием ярких красок, запечатленных на фотографиях этих объектов. Чтобы увидеть цвет объекта, необходимо, чтобы его поверхностная яркость была достаточной для возбуждения светочувствительных колбочек сетчатки глаза. Список объектов дальнего космоса с такой яркостью очень короток. К ним относится, например, Большая Туманность Ориона (некоторым наблюдателям удается заметить светло-желтые или оранжевые части самой яркой области туманности), а также некоторые маленькие, но имеющие высокую поверхностную яркость планетарные туманности. Способность видеть цвет слабосветящихся объектов варьируется в широких пределах от наблюдателя к наблюдателю, поэтому здесь можно ожидать сюрпризов.
При наблюдении цветовых особенностей объекта боковое зрение бесполезно, т.к. наибольшая плотность цветочувствительных колбочек находится в центральной ямке сетчатки, поэтому смотрите прямо на объект. Большое увеличение в этом случае также не даст вам никакого выигрыша.
Интенсивное дыхание.
Почему иногда после 10-15 секунд наблюдения объекта дальнего космоса на пределе возможностей зрения его видимость ухудшается, даже если небо становится более темным? Причина может заключаться в неосознанной задержке дыхания. Нехватка кислорода быстро разрушает ночное зрение. Поэтому опытные наблюдатели, прежде чем приступить к поиску очень тусклых объектов, проводят 15-секундное интенсивное дыхание. Не забывайте и вы о дыхании во время наблюдений.
Другие рекомендации.
Алкоголь, никотин и низкое содержание сахара в крови оказывают отрицательное воздействие на чувствительность ночного зрения. Поэтому при наблюдении объектов дальнего космоса не следует выпивать, курить и голодать. Всегда имейте с собой легкую закуску во время сеанса наблюдений. Нехватка витамина “А” также ухудшает ночное зрение. Однако и излишек витамина не будет полезен. Если человек питается нормально, то ему не нужно дополнительно принимать витамин “А”. Так что не следует ожидать, что потребление моркови улучшит зрение.
Продолжительное воздействие яркого солнечного света уменьшает возможности адаптации зрения к ночному видению в течение двух дней. Поэтому на пляже следует носить очки с темными стеклами. Убедитесь, что в наклейках на стеклах указано свойство защиты от ультрафиолетового света. Некоторые дешевые модели очков этого свойства не имеют. С годами ультрафиолетовый дневной свет старит как хрусталик, так и сетчатку глаз, уменьшая их светочувствительность. Поэтому, если вы носите очки, то будет полезно нанести на оптику покрытие, задерживающее ультрафиолетовое излучение. Процедура стоит недорого, и каждый покупающий очки должен это иметь в виду.
Терпение.
Главное — это терпение. Если при первом наблюдении вам ничего не удалось увидеть в области, где расположен объект, продолжайте наблюдения. Сделайте перерыв и посмотрите вновь. Вы будете удивлены тем, что с каждым разом вы будете видеть все больше и больше: еще одна слабая звезда в поле зрения, еще одна и, возможно, — объект вашего поиска. Заметив его мельком раз или два, вскоре вы начнете видеть его все чаще и чаще. Там, где при первом осмотре не было ничего, кроме пустого участка неба, уже после нескольких минут наблюдения вы сможете устойчиво видеть искомый объект.
В перспективе вы можете быть уверены в том, что ваша техника будет совершенствоваться с каждым сеансом наблюдений. Умение использовать свое зрение на пределе возможностей приходит только со временем, “Не следует рассчитывать увидеть все с первого же взгляда, — писал великий наблюдатель XVIII века Вильям Гершель, которого часто называют основателем современной астрономии. — Наблюдение является в некотором смысле искусством, которому необходимо учиться. Я практиковался в этом много ночей, и было бы странно, если бы кто-то другой не смог бы достичь в этом деле определенной сноровки путем постоянной практики”.
Алан МакРоберт — опытный наблюдатель объектов далекого космоса и редактор журнала Sky and Telescope. Эта статья была адаптирована из его книги “Звездные тропы” (Star-Hopping for Backyard Astronomers) и опубликована в апрельском номере журнала "Звездочет" за 2001 г. Перевод с английского: В.И. Петровичев.