Правда ли, что днём из глубокого колодца можно увидеть звёзды?

Принято считать, что небесные светила, которые человеческий глаз не в силах различить в дневном небе, видны из глубины тёмного колодца. Мы проверили, правда ли это.

Об этом интересном природном явлении известно с древности. Ещё Аристотель в своём труде «О возникновении животных» писал: «Этого у одного и того же вместе не бывает: тот, кто, затеняя глаза рукой или смотря через трубку, различия в окраске всё-таки не воспринимает, вдаль будет видеть лучше: такие из ям и колодцев видят иногда звёзды». Плиний Старший уточнял, что речь именно о наблюдении звёзд днём, когда они выглядят несоизмеримо меньше. Не забыли об эффекте и в гораздо более поздние времена. Так, немецкий астроном XVII века Кристоф Шейнер писал: «Мне сказывал один весьма образованный и достойный доверия испанец, что всякому известно в Испании, что в открытых глубоких колодцах небо и звёзды, блестящие чрез отражение, как в зеркале, весьма ясно видны даже в полдень и что он сам часто видел это собственными глазами…» Его французский коллега Франсуа Араго отвёл этой теме целую главу в своей книге «Общепонятная астрономия» (1861). Там он, в частности, ссылается на известного учёного Джона Гершеля, который сообщал: «Яркие звёзды, проходящие через зенит, могут даже быть видимы простым глазом лицами, находящимися на дне глубокой и узкой впадины, как, например, колодца или рудной шахты».

Естественно, многие физики и астрономы прошлого пытались проверить это утверждение экспериментально — этот способ в случае успеха мог бы сразу поставить точку в спорах. Немецкий естествоиспытатель и путешественник XIX века Александр Гумбольдт со своими студентами попробовал рассмотреть звёзды через дымовую трубу высотой 230 футов (70 м) и отверстием диаметром 16 футов (5 м) — безрезультатно, не помогли даже бинокли. Аналогичный результат ждал его после спусков в глубокие шахты Сибири и Америки. Не оставили своих попыток люди и в XX веке. Так, в 1978 году корреспондент «Комсомольской правды» Леонид Репин писал: «Говорят, что и среди бела дня можно увидеть звёзды на небе, если спуститься в глубокий колодец. Однажды я решил проверить, правда ли это, спустился в шестидесятиметровый колодец, а звёзд так и не смог разглядеть. Только маленький квадратик ослепительно синего неба». В 1992 году в журнале Skeptical Inquirer о своей аналогичной неудаче рассказал американский испытатель Ричард Сандерсон.

Однако практические эксперименты имеют и свой недостаток: в случае локальной неудачи нельзя дать однозначный ответ «нет», ведь может быть немало мелочей, которые нужно учесть для достижения успеха. Что касается теории, то, например, вышеупомянутый Франсуа Араго поверил своим знаменитым предшественникам Гершелю и Шейнеру, а обоснование предложил следующее: «Мне кажется, явление это объясняется весьма просто. Угол зрения нашего невооружённого глаза превышает 100°, следовательно, неподвижный глаз, обращённый к небесному своду, получает лучи от всех точек атмосферы, занимающих круговое пространство более 100° в поперечнике». Далее Араго утверждает, что эти лучи, проходя через глазное яблоко, заливают сетчатку рассеянным светом, на фоне которого слабое изображение звезды не выделяется. Однако, если с помощью длинной трубки не допустить попадания на роговицу большей части света, «звёзды, сосредоточенные в одну точку сетчатки, возьмут перевес над освещающими ту же точку прямо и путём рассеяния».

Звучит вроде бы логично. Действительно, днём небо кажется нам слишком ярким из-за рассеянного солнечного света. Если рассеянный свет ослабнет (например, вследствие полного солнечного затмения), яркие звёзды и планеты станут прекрасно видны днём, как они видны с поверхности Луны. Какова же причина такого эффекта?

Для этого необходимо рассмотреть механизм нашего зрения. Свет попадает в глаз через зрачок — аналог отверстия диафрагмы объектива. Глазные линзы — роговица и хрусталик — фокусируют свет и создают изображение на задней поверхности глаза, покрытой светочувствительным слоем — сетчаткой, которая включает большое число рецепторов: колбочек и палочек. Каждая клетка-рецептор передаёт в мозг информацию о потоке падающего на неё света, а мозг синтезирует из этих отдельных сигналов цельную картину увиденного.

Когда мы наблюдаем звезду ночью, поток света от неё на один рецептор хотя и мал, но существенно превосходит поток от тёмного неба, падающий на соседние клетки. Поэтому мозг фиксирует это как значимый сигнал. Однако днём на рецепторы попадает так много света от неба, что небольшая добавка в виде света звезды, достигающая одного из рецепторов, не ощущается мозгом как реальное различие потоков света. Так что звезда может стать видимой на фоне дневного неба только тогда, когда поток света от неё сравним с потоком от площадки неба, которую зрачок проецирует на одну светочувствительную клетку. Угловой размер этой площадки называется разрешающей способностью глаза и составляет у человека всего 1–2 минуты, то есть в 30–60 раз меньше, чем 1 градус. Из всех ярких небесных объектов, за исключением Солнца, только планета Венера может обеспечить подобные условия, за счёт чего иногда действительно видна на дневном небе. Все остальные планеты и звёзды имеют блеск значительно слабее, поэтому увидеть их без телескопа днём невозможно — неважно, из колодца или с поверхности Земли. Существовали отдельные случаи, когда людям удавалось разглядеть планету Юпитер, однако в отношении Сириуса, ярчайшей звезды нашего небосвода, по крайней мере на уровне моря, такого успеха добиться невозможно.

Таким образом, яркий фон неба снижает контраст между изображением звезды и неба на сетчатке глаза, делая звезду невидимой. Отверстие трубы или колодца не решает этой проблемы, поскольку угловой размер наблюдаемых объектов неизменен, и для соблюдения нужных условий, как показал астроном Владимир Сурдин, глубина такого колодца должна быть не менее 3400 м при диаметре в 1 м. Однако, как пишет учёный, «даже при этом наблюдателю будет видна лишь светлая точка, яркость которой увеличится на несколько секунд, если какая-либо звезда пройдёт точно через зенит». А вероятность прохода яркой звезды через зенит настолько мала, что этого пришлось бы ждать не одно тысячелетие.

Другое дело — телескоп, который может увеличить не только поток света от звезды, но и угловой размер наблюдаемых объектов. При этом та же площадка неба проецируется на большее число рецепторов сетчатки, и, значит, на каждый из них приходится пропорционально меньше света. Благодаря этому как минимум яркие звёзды можно увидеть через этот полезный прибор днём. Однако наличие телескопа — это довольно специфическое условие, которое явно не учитывалось ни учёными древности, ни астрономами недавнего прошлого, верившими в этот миф.

Неправда

Что означают наши вердикты?

Почитать по теме:

1. В. Г. Сурдин. Звёзды.