астрономических наблюдений

Особенности зрения человека в практике

Наши глаза познавать не умеют природу предметов.

А потому не навязывай им заблуждений рассудка.

Тит Лукреций Кар.

С помощью зрения мы получаем примерно 95% информации о внешнем мире, а для любительских астрономических наблюдений зрение играет исключительную роль. Основная задача оптических инструментов при визуальных наблюдениях заключается в увеличении количества фотонов, попадающих в приёмник электромагнитного излучения — глаз. Существенное влияние на процесс зрения оказывает мозг, который не просто регистрирует нервные импульсы, приходящие из глаза, но и по-своему интерпретирует их. Поэтому каждый серьезный наблюдатель должен знать особенности своего зрения, чтобы наиболее полно использовать его возможности и избегать субъективных ошибок, сопутствующих визуальным наблюдениям.

Строение и недостатки глаза. В анатомическом плане глаз представляет собой уникальный по сложности орган, но как оптический прибор достаточно примитивен и напоминает фотоаппарат с простейшим однолинзовым объективом. На рис. 1 показано анатомическое строение глаза человека. Нужно сказать, что приведенная схема отражает лишь общие черты строения органа зрения, подробное описание анатомии и физиологии глаза заняло бы слишком много места. Глаз состоит из бесцветной выпуклой роговицы (1), за которой находится преломляющая жидкость — так называемая водянистая влага (2), за ней расположена радужная оболочка (3), в которой имеется зрачок (4), выполняющий функцию диафрагмы. При ярком свете зрачок имеет диаметр 2 мм, в темноте он расширяется до 6÷8 мм. Любителям астрономии необходимо знать максимальный диаметр своего зрачка, поскольку именно этим параметром определяется минимальное (равнозрачковое) увеличение телескопа.

Лучепреломление в глазу осуществляется, в основном, хрусталиком (5), который имеет форму двояковыпуклой линзы. Показатель преломления хрусталика n=1,5, а роговица, водянистая влага и стекловидное тело имеют показатель преломления почти такой же, как у воды. Все преломляющие среды глаза эквивалентны одной собирающей линзе с фокусным расстоянием примерно 17 мм.

Теоретическая разрешающая способность глаза определяется размером светочувствительных клеток сетчатки и расстоянием между ними, что составляет 0,0015´2 = 0,003 мм.* На практике разрешающую способность глаза определяют, рассматривая тесно расположенные предметы, для черных вертикальных линий на белом фоне разрешающая способность составляет 1'.* При фокусном расстоянии глаза 17 мм 1' соответствует 0,005 мм в линейной мере. Как видим, это почти в два раза хуже теоретической разрешающей способности. Две тёмные точки в тех же условиях видны отдельно, если расстояние между ними составляет 2÷3'. Причины несоответствия теоретической и фактической разрешающей способности глаза будут рассмотрены ниже. Разрешающая способность глаза максимальна при определённой освещённости или яркости наблюдаемых объектов. При очень ярком свете или в сумерках разрешающая способность глаза существенно снижается.

Лучепреломление в глазу по различным направлениям несколько различается, этот дефект глаза называется астигматизмом. У нормального глаза астигматизм незначителен и не мешает зрению, сильный астигматизм встречается редко и исправляется очками со специально подобранными линзами. Кроме того, оптические центры всех преломляющих поверхностей глаза не центрированы, то есть не лежат строго на одной прямой. Глазу присущ и другой недостаток — сферическая аберрация — лучи, идущие параллельно друг другу, не сводятся строго в одну точку, фокус как бы "размазан" вдоль оптической оси. Сферическая аберрация глаза в значительной мере компенсируется строением хрусталика (в центре его преломляющая способность больше, чем на краях) и особой формой роговицы.

Кроме сферической аберрации, глазу, как и всякой преломляющей среде, сопутствует хроматическая аберрация. Хроматическая аберрация в обычных условиях незаметна, но, проделав простой опыт, можно убедиться, что она существует. Если на белом фоне рассматривать одним глазом узкую чёрную полосу, постепенно закрывая зрачок непрозрачным экраном, то мы увидим, как с одной стороны полосы появится красновато-коричневая, а с другой — синеватая кайма.

Получению идеальных изображений в глазу препятствует и дифракция, то есть огибание световыми волнами границ зрачка. При рассматривании точечного источника света вместо точки на сетчатке будет видно световое пятно (диск Эри, r = 1,22×λ×"). Для света с λ=600 нм при диаметре зрачка 3 мм диаметр кружка Эри будет ≈ 0,007 мм, что в два раза превышает теоретический предел разрешения глаза.

В преломляющих средах глаза часть проходящей световой энергии теряется на светорассеяние. Светорассеяние зависит, прежде всего, от длины волны проходящего света: для красного света с l=635 нм потери на рассеяние составляют всего лишь 1-3%, но для ультрафиолета с l=350 нм светорассеяние и поглощение достигает 99%! Таким образом, преломляющие среды глаза играют роль поглощающего и рассеивающего фильтра, который защищает сетчатку от коротковолнового излучения. С возрастом преломляющие среды глаза, прежде всего хрусталик, теряют прозрачность, потери света по пути к сетчатке увеличиваются.

Следствием всех вышеперечисленных недостатков глаза является несколько так называемых "обманов зрения", например, иррадиация (рис. 2). Многие знают, что угловой диаметр Солнца и Луны составляет около 0,5°. Под таким углом с расстояния ясного зрения виден кружочек диаметром всего 2,2 мм. Неправда ли, Луна (особенно у горизонта) кажется несравненно большей? Вообще любой яркий предмет кажется больше, чем тёмный такого же размера. Серп Луны выглядит боль шим, чем как бы вложенный в него тёмный лунный диск. Во время полных лунных затмений многие наблюдатели отмечают "уменьшение" видимых размеров лунного диска. Иррадиация обычно объясняется искажениями, которые вносят все аберрации глаза: яркий предмет окружен на сетчатке светлым ореолом, который несколько увеличивает его видимые размеры. Возможно, одной из причин иррадиации является различие в психологическом восприятии тёмных и светлых предметов. Существует более ста различных оптических иллюзий, причины возникновения некоторых из них до сих пор точно не установлены. Две оптические иллюзии приведены на рисунке 3.

Из законов оптики следует, что после преломления в хрусталике на сетчатке создаётся действительное, перевёрнутое и уменьшенное изображение предмета. Почему же мы видим все предметы такими, как они есть на самом деле? Ещё в первые месяцы жизни человека мозг на основании других ощущений, в первую очередь связанных с координацией движений и действием силы тяжести, адаптирует (переворачивает) воспринимаемое изображение. Группа добровольцев несколько месяцев носила специальные очки, переворачивающие изображение. Поначалу они видели всё "вверх ногами", но через некоторое время их зрение пришло в норму. После удаления очков всё повторилось в том же порядке.

Хотя расстояние от наблюдаемых предметов до глаза может изменяться в широких пределах, тем не менее, их изображение на сетчатке остаётся резким. Это достигается изменением кривизны (оптической силы) хрусталика, который имеет форму двояковыпуклой линзы. Когда мы рассматриваем близкий предмет, мышцы, удерживающие хрусталик, напрягаются, делая хрусталик более выпуклым. При рассматривании отдалённых предметов мышцы расслабляются, хрусталик становится более плоским, уменьшая тем самым свою оптическую силу. Это свойство глаза называется аккомодацией. С возрастом способность глаза к аккомодации может полностью исчезнуть из-за снижения эластичности хрусталика и ослабления его мышц. У пожилых людей время, необходимое для аккомодации, увеличивается пропорционально возрасту. Нормальный глаз без аккомодации даёт чёткое изображение бесконечно удалённых предметов. Самая близкая точка аккомодации лежит на расстоянии 7-10 см от глаза у детей и 50-100 см у пожилых людей. Наименьшее расстояние, на котором глаз может без особого напряжения рассматривать предметы, называют расстояниям наилучшего (ясного) зрения, это расстояние принято 25 см.

Если хрусталик всё же не может сфокусировать изображение, а точка фокуса располагается перед сетчаткой, такой глаз является близоруким. При наблюдениях невооруженным глазом близорукие не видят слабых звёзд, им доступны лишь звёзды первой величины, они представляются им большими, яркими и размытыми пятнами света. Если оптическая сила хрусталика недостаточна для сведения лучей на сетчатке, такой глаз является дальнозорким. При наблюдениях в телескоп проблемы с аккомодацией отсутствуют, поскольку окуляр телескопа может перемещаться вдоль оптической оси. Для нормального глаза важно при наведении на резкость максимально расслабить его мышцы, не пытаясь всматриваться в изображение. Это позволит избежать ненужного напряжения и утомления при длительных наблюдениях.

Глядя в безлунную ночь на яркие звёзды можно заметить, что звёзды имеют лучи. Некоторые видят шесть лучей, другие — семь или восемь. В некоторых книгах встречается утверждение, что лучи у звёзд возникают в результате дифракции света на границах зрачка. Однако это не так. Рассматривая звезду попеременно левым и правым глазом, можно заметить, что расположение лучей несколько изменяется. Причина такого эффекта заключается в дольчатом строении хрусталика. Места соединения долек (частей) хрусталика называются швами, именно они дают радиальное распределение света на глазном дне. У одного и того же человека взаимное расположение долек для левого и правого глаза немного различаются, ещё большие различия существуют у разных людей. Глядя на звезду и поворачивая голову видно, что лучи вокруг звезды также поворачиваются. Чтобы увидеть звезду без лучей, нужно чтобы её свет проходил через небольшой участок хрусталика, т.е. нужно смотреть на звезду через маленькое отверстие. Отверстие необходимо располагать в центре зрачка, если сдвинуть его к краю, то звезда "расплывётся" и может даже вытянуться в линию.

За хрусталиком находится стекловидное тело (6), заполняющее полость глаза до сетчатой оболочки (7). Сетчатая оболочка (сетчатка) имеет толщину около 0,3 мм и выстилает глазное дно. Сетчатка образована десятью слоями нервных клеток и их отростков. Светочувствительный слой сетчатки с рецепторами — палочками и колбочками — лежит за слоем нервных клеток, нечувствительных к свету. Причина такой инверсии сетчатки до сих пор полностью неясна. Количество светочувствительных рецепторов в глазу огромно: палочек насчитывается около 130 миллионов, колбочек трёх видов — 7 млн. Колбочки воспринимают только яркий свет, цвет и форму предметов, палочки — слабый свет и движение предметов.

Палочки и колбочки содержат особое вещество, которое разрушается под действием света. Образующиеся продукты распада вызывают в рецепторах возбуждение, которое передаётся по нервным клеткам сетчатки и далее через зрительный нерв в кору головного мозга. В зрительных зонах коры мозга (зрительных буграх) происходит тончайший анализ свойств изображения: формы, величины, цвета и т.д. Интересно, что правое и левое полушария мозга по-разному воспринимают зрительные образы: правое видит целостную цветовую картину, левое — акцентирует внимание на фрагментах и закономерностях между ними. Только потому, что полушария соединены между собой, зрение правым и левым глазом почти одинаково. Известно также, что один из глаз у вас ведущий, а второй ведомый. Ведомый глаз обычно более близорукий, он фокусируется, подстраиваясь под фокусировку ведущего глаза. Наблюдать в телескоп рекомендуется ведущим глазом, в 60% случаев ведущим является правый глаз.*

Место входа в сетчатку волокон зрительного нерва лишено светочувствительных рецепторов и образует слепое пятно (8) глаза. Слепое пятно вытянуто в вертикальном направлении и имеет размеры примерно 1,3´1,8 мм, что соответствует полю зрения 4,5´6°. Оказывается, в поле нашего зрения постоянно существует значительный пробел, в котором можно уместить 10 дисков Луны! Мы не замечаем его в основном потому, что при зрении двумя глазами слепые пятна левого и правого глаза соответствуют различным участкам видимого изображения и мозг автоматически дополняет наблюдаемую картину. Но и при зрении одним глазом слепое пятно обычно незаметно — мозг не обращает на него внимания. Можно проделать наглядный опыт: на краю линзы постоянно носимых очков наклейте небольшую бумажку и через несколько дней вы перестанете её замечать, если не будете её рассматривать. Слепое пятно можно обнаружить с помощью различных тестов, один из которых приведён на рисунке 4. Закроем левый глаз, а правым, не отрываясь, будем смотреть на крестик. Рисунок необходимо расположить на уровне правого глаза на расстоянии 10 см от него. Глядя только на крестик, медленно отодвигаем от себя рисунок. Поочерёдно каждый из кружков станет невидимым, на месте кружков будет располагаться серый фон, которым мозг восполняет недостаток изображения. Хотя астрономические наблюдения проводятся, в основном, одним глазом, слепое пятно практически не оказывает негативного влияния на качество наблюдений. Ведь для того, чтобы интересующий нас объект выпал из поля зрения, необходимо чтобы глаз сосредоточился только на одной точке изображения, при любом перемещении (глаза или изображения) "пропавший" объект сразу появится. Если две звезды расположены так, как крестик и кружок на рис. 4, то при наблюдениях одним глазом можно заметить, как правая звезда исчезает из вида.

Когда человек смотрит двумя глазами, на сетчатке каждого из них получается независимое изображение предмета. Благодаря мозгу эти изображения сливаются в одно, такой вид зрения называется бинокулярным. Рассматривая близкие предметы двумя глазами, мы хорошо видим их объём, рельеф и положение в пространстве. При наблюдениях с бинокуляром (биноклем) разрешающая способность и проницающая сила возрастают на 10–15% без увеличения апертуры инструмента. Это обстоятельство часто используют "ловцы комет", которым необходимо иметь максимальную проницающую силу инструмента при наибольшем поле зрения.

На расстоянии всего 3 мм от слепого пятна находится жёлтое пятно (9) с углублением в центре (центральной ямкой). Этот участок сетчатки имеет удлинённую форму (2´1 мм), вытянутую вдоль горизонтали, содержит преимущественно колбочки и является местом наиболее чёткого и ясного зрения, называемого центральным. В центральной ямке диаметр колбочек минимален (0,001 мм), тогда как ближе к периферии он может достигать 0,005 мм. Интересно, что небольшая область в центральной ямке нечувствительна к синему цвету и воспринимает только зелёный и красный цвета.

Остальные области сетчатки осуществляют периферическое зрение. По мере удаления от центрального пятна количество колбочек постепенно уменьшается, а количество палочек возрастает до расстояния примерно 5 мм от центральной ямки. В этой зоне плотность палочек достигает максимального значения 2000/мм², далее, при движении к периферии, плотность этих клеток снижается. Такое устройство глаза обуславливает особенности ночного зрения, которое работает при наблюдениях предельно слабых объектов.

Ночное (сумеречное) зрение. В темноте наш зрачок расширяется до максимальных значений за несколько десятков секунд.* Но это только первая стадия адаптации глаза. В темно те поверх палочек восстанавливается слой особого светочувствительного пигмента — родопсина (зрительного пурпура). При ярком свете зрительный пурпур обесцвечивается и распадается, роль родопсина в зрении окончательно не выяснена, скорее всего, продукты его распада оказывают каталитическое воздействие на химические процессы световосприятия. Пурпурная окраска родопсина является одним из главных факторов, вызывающих эффект Пуркинье — сдвиг максимума спектральной чувствительности глаза в сторону коротких волн при слабом освещении. В темноте (сумерках) световосприятие осуществляется только палочками.

Более-менее полная адаптация к темноте наступает не ранее, чем через 1,5 часа, после чего процесс адаптации существенно замедляется, но всё равно продолжается вплоть до 24 часов более. За это время чувствительность глаза к слабым астрономическим объектам может возрасти на две звёздные величины, сетчатка становится настолько чувствительной, что для появления раздражения достаточно всего нескольких квантов света. Скорость темновой адаптации периферийного зрения во многом зависит от интенсивности предшествующего освещения центральной ямки, иными словами, перед наблюдениями не стоит "засвечивать" глаза. Отрицательно влияют на видимость слабых объектов своеобразные "шумы", сохраняющиеся длительное время на сетчатке. Даже находясь в полной темноте, мы всё равно будем видеть перед глазами пятна разной формы и цвета. Пятна объясняются своеобразным "послесвечением" (остаточным раздражением), аналогом которого может служить послесвечение кинескопов. По этой причине перед ответственными наблюдениями полезно находиться длительное время в тёмной комнате или носить тёмные очки.

Светочувствительное вещество сетчатки по своему химическому составу практически идентично витамину А, поэтому недостаток (и даже избыток) этого витамина отрицательно воздействует на ночное зрение. Снижают возможности ночного зрения низкое содержание гемоглобина в крови, кислородное голодание, вызванное высокогорьем или задержкой дыхания, курение, алкоголь, усталость.

При освещённости свыше 30 люкс зрение осуществляется только колбочками, при освещённости от 30 до 0,01 люкс — и колбочками и палочками, если освещённость составляет менее 0,01 люкс — работают только палочки. В условиях нормальной освещённости глаз наиболее чувствителен к жёлтому свету с длиной волны λ=555 нм, в сумерках наиболее ярким кажется голубовато-зелёный свет с λ=507 нм (см. график). Чувствительность палочек к красному свету с λ>650 нм снижена практически до нуля. "В темноте все кошки серы" — гласит поговорка и действительно, в условиях низкой освещённости глаз не воспринимает цвета. Кривая 1 на графике показывает, что в сумерках для получения одинакового раздражения на сетчатке количество фотонов, например, с λ=600 нм должно быть в 9 раз большим, чем с λ=500 нм. Поэтому, если при ночных наблюдениях возникает необходимость в дополнительном освещении, используют красный фонарь, свет которого воспринимают только колбочки. Большинство людей воспринимают свет в красном диапазоне до λ=750 нм, однако некоторые люди видят ближнее ИК-излучение с длиной волны до 950 нм, особенно при достаточно ярком источнике.

При наблюдениях в телескоп в цвете видны только яркие объекты, в первую очередь звёзды и планеты. Что же касается небулярных объектов, то здесь ситуация сложнее. В общем, чем больше апертура телескопа и поверхностная яркость объекта, тем больше вероятность заметить цвет. При этом необходимо использовать минимальное увеличение телескопа (создающего максимальную яркость объекта на сетчатке), иначе того количества фотонов, которое приходится на одну колбочку, может оказаться недостаточно для её раздражения. Цветовосприятие при пороговых яркостях существенно различается у разных наблюдателей, говоря проще, при одинаковых условиях кто-то может различить цвет объекта, а кто-то нет.

Наибольшей поверхностной яркостью среди небулярных объектов обладают компактные планетарные туманности, такие как NGC 1535, 6210, 6543, 6572, 7662. Но даже у ярких объектов их видимый цвет зависит от условий наблюдений. Для многих планетарных туманностей с ростом апертуры применяемого телескопа можно проследить такие изменения воспринимаемого цвета: серый, серовато-белый, белый (бледно-зелёный), зелёный, бирюзовый (синеватый). Юпитер, например, в ясные морозные ночи настолько ярок, что иногда кажется синим, на посветлевшем фоне неба его цвет тёмно-жёлтый, в прямом фокусе 250-мм рефлектора — ярко-жёлтый, в этот же телескоп при увеличении 300^× — бледно-коричневый. На цветных фотографиях планета красная или красно-коричневая. Луна, когда находится достаточно высоко над горизонтом, кажется всем ярко-белой, тогда как на фотографиях её цвет красноватый (рис. 5), а отражающая способность (альбедо) Луны всего 7%. В обычных условиях объект, отражающий менее 10% падающего на него света, выглядит не ярко-белым, а тёмным.

Существует так называемый Спика-феномен — во время прохождения Марса вблизи Спики (a Vir), эта, чуть голубоватая звезда, воспринимается как интенсивно-синяя. Часто этот эффект объясняют цветовым утомлением глаза, однако, по мнению автора, такое объяснение неверно. Во-первых, чтобы вызвать цветовое утомление значительной площади сетчатки, необходимо её длительное и фиксированное одноцветное освещение. Например, утомление глаза цветом возникает после длительного пользования ярко-красным фонариком: белые поверхности (в том числе крупные туманности) временно приобретают голубоватый оттенок.

Марс занимает ничтожную долю площади сетчатки, его изображение из-за непроизвольных движений глаза постоянно перемещается по глазному дну. Феномен усиления цвета Спики виден сразу и практически не зависит от времени предварительного рассматривания Марса. Поэтому гораздо лучше Спика-феномен объясняется сравнением сигналов от близлежащих областей сетчатки. В случае рассматривания одиночной звезды, мозг сравнивает сигнал с фоном, который не имеет никакого цветового оттенка, когда рядом оказывается Марс, ощущения цвета усиливаются пропорционально цветовому различию между рассматриваемыми объектами, то есть "цвет познаётся в сравнении".

Таким же образом можно объяснить необычные цвета двойных звёзд (индиго, пурпурный, кремовый, зелёный, бирюзовый). Согласно же теории "утомления" мы всегда видели бы звёздные пары в дополнительных цветах, то есть оранжевый-синий, жёлтый-голубой и т.д., между тем есть масса примеров одноцветных пар. На самом деле в двойной системе мы наблюдаем эффект усиления цветовых различий и тем больший, чем больше разница в спектральном классе. Одним из примеров цветоусиления может служить спутник Сатурна Титан — на большом угловом расстоянии от планеты он виден чуть желтоватой "звёздочкой", однако во время прохождения Титана по диску Сатурна он приобретает свой настоящий оранжевый цвет, хорошо различимый на снимках крупных телескопов.

Поиск слабосветящихся (deep-sky) объектов. Предположим, что мы с помощью часовых кругов или поисковой карты навели телескоп на то место, где находится интересующий нас объект, например, слабая галактика. Глядя в указанную точку, мы наверняка галактику не увидим, если её изображение попадёт точно на центральную ямку глаза. В центральной ямке практически отсутствуют палочки, воспринимающие слабое освещение, поэтому необходимо смотреть немного в сторону от нужного направления. Это так называемое боковое зрение. Попробуйте сконцентрировать взгляд чуть ниже (выше), левее или правее. В ком-то из этих положений объект будет виден лучше всего. Наибольшей чувствительностью к свету обладает кольцевая зона сетчатки в (8º÷18º) от направления центрального зрения. Боковое зрение — один из основных приёмов опытных наблюдателей, позволяющий максимально использовать возможности телескопа.

Кроме всего прочего, боковое зрение более чувствительно к изменениям, происходящим с большой частотой. Если при центральном зрении мы уже не воспринимаем частоту изменений свыше 25 Гц, то периферия сетчатки пытается уследить за процессами, происходящими с частотой до 70 Гц. Как было сказано выше, палочки чувствительны к перемещению объектов, поэтому для выявления предельно слабых объектов (поверхностная яркость которых близка к яркости неба) желательно, чтобы изображение перемещалось по сетчатке в небольших пределах.* Это достигается покачиванием трубы телескопа. Попробуйте, например, в условиях городской засветки обнаружить известную планетарную туманность NGC 7293 в созвездии Водолея. Только слегка покачивая трубу телескопа, есть шанс выделить слабое свечение двух полуколец "Улитки" из фона неба.

Для обнаружения слабых объектов американские любители предлагают и другую методику. Чтобы появилось ощущение света в обычных условиях нужно, чтобы на рецепторы попало три кванта за 0,1 секунды. В темноте глаз может накапливать изображение в течение шести секунд, если за это время изображение не будет перемещаться по сетчатке. В этом случае требуется определённый навык, поскольку инстинктивно глаз старается переключить внимание на другие объекты, находящиеся в поле зрения.

Интересный накопительный эффект замечен наблюдателями переменных звёзд. Если сосредоточить взгляд на звезде красного цвета, то через некоторое время она будет казаться гораздо ярче. Воспринимаемый нами цвет небесного объекта зависит от его интенсивности: при увеличении интенсивности жёлто-красного цвета, он будет казаться не только более ярким, но и "более жёлтым", и наоборот, более слабый источник будет казаться краснее (эффект Бецольда-Брюке). На практике одна и та же звезда (например μ Сep) в подзорную трубу выглядит кроваво-красной, а в крупный рефлектор — красновато-оранжевой. Точно также и коротковолновый свет, воспринимаемый как бирюзовый и при увеличении интенсивности начинает казаться синее, этот эффект заметен при наблюдении планетарных туманностей в телескопы разной апертуры.

Важным фактором при поиске и наблюдении слабых объектов является увеличение телескопа. Во многих руководствах можно встретить категорическое утверждение, что наблюдать их нужно только при равнозрачковом увеличении. Это справедливо лишь для протяжённых туманностей, таких, как "Северная Америка", угловые размеры которых больше или равны максимальному полю зрения телескопа. При поиске и наблюдении более компактных объектов, например, слабых галактик, могут понадобиться различные увеличения, вплоть до разрешающего. Разрешающее увеличение соответствует диаметру объектива телескопа, выраженного в миллиметрах. Для того чтобы разрешить на звёзды далёкое скопление, рассмотреть подробности строения планетарной туманности могут понадобиться и бóльшие увеличения до 1,5×D. При недостаточной освещённости разрешающая способность глаза резко снижается вплоть до 0,5÷2º. В таких условиях мозг сравнивает сигналы от соседних участков сетчатки и если слабый сигнал занимает незначительную площадь, он просто игнорируется. Вообще, мозг на сознательном уровне обрабатывает только 1% от всех сигналов, поступающих к нему от органов чувств. Поэтому, хотя яркость объекта при равнозрачковом увеличении и максимальна, он может остаться незамеченным. По этой же причине незаметна и форма небольших слабосветящихся объектов. Эллиптическая галактика 3'×1' может показаться круглым пятнышком света, и лишь телескопы с большой апертурой позволят точно установить её форму. Спиральная галактика М51 (8^m) имеет размеры 14'×10', казалось бы, любой телескоп, в который уже видна эта галактика, даже при минимальном увеличении должен показать её строение — спиральные ветви. Например, в 60-мм рефрактор при равнозрачковом увеличении 10^× эта галактика видна под углом 140'×100'. При разрешающей способности глаза 3' мы должны видеть детали в 33 раза (100:3=33) меньшие, чем поперечник галактики. На самом деле, из-за снижения разрешающей способности глаза спиральные ветви этой галактики можно заметить только с телескопом диаметром от 150 мм при увеличении более 50^×.

Оптимальное увеличение для рассматривания каждого из небулярных объектов лучше всего определять практически. Для любительских телескопов с D = 80÷400 мм оптимальное увеличение для наблюдения большинства deep-sky объектов составляет ≈ D/2^×. С ростом увеличения возрастают видимые угловые размеры объектов, количество поступающих на сетчатку квантов света остаётся постоянным, а освещённость и поле зрения уменьшаются. Фон ночного неба также является слабым протяжённым объектом, с ростом увеличения небо выглядит тёмнее, контраст между ним и небольшим небулярным объектом увеличивается. Задача наблюдателя состоит в том, чтобы найти компромисс между этими параметрами (рост увеличения оправдан до тех пор, пока яркость изображения объекта не станет равна предельной чувствительности сетчатки либо пока увеличение не превысит диаметра объектива телескопа, выраженного в миллиметрах).

Большое значение имеет и длительное рассматривание изображения. Известно, что, увидев впервые диск планеты, наблюдатель практически ничего не замечает на нём — подробности видимого изображения фиксируются в памяти только со временем. Дело тут не только в турбулентности, которая на некоторое время размывает изображение, но и в особенностях нашего восприятия. Когда видимая картина "отложилась" в памяти, то мозг легко обнаруживает в ней изменения и незначительные детали. Например, при поиске компактных планетарных туманностей нужно значительное увеличение, чтобы выделить их среди обычных звёзд. Однако, когда туманность уже обнаружена, различить её диск можно уже при значительно меньшем увеличении. Долгое рассматривание изучаемой области сродни проявлению фотографии: объект медленно выступает из фона, становятся видны его контуры и подробности строения. В рассеянных и шаровых скоплениях "проступают" слабые звёзды, в галактиках, таких как М31, М51, 81, 101 различаются спиральные рукава и тёмные промежутки между ними, у туманностей просматриваются более слабые фрагменты и перепады яркости.

В наше время важность визуальных наблюдений постепенно снижается, как раз из-за субъективности процесса световосприятия и анализа изображений. Возможно, для современных астрономов, которые работают на крупных телескопах с ПЗС-матрицами, особенности нашего зрения и методики визуальных наблюдений уже не нужны, но любителям — сторонникам живого общения со звёздным небом, несомненно, пригодятся.

Статья (с сокращениями) была опубликована в журнале "Наше Небо" №1 за 2003 г.

* Чтобы рассмотреть два предмета раздельно, необходимо, чтобы их изображение попало, как минимум, на две светочувствительные клетки.

* Система глаз–мозг обладает наибольшей чувствительностью (восприимчивостью) к линейным структурам.

* Доминирование одного глаза над другим не абсолютно и может изменяться со временем.

* Интересно, что рефлекторное уменьшение зрачка могут вызвать не только химические вещества, но и сама мысль о ярком, бьющем в глаза свете.

* К таким объектам относятся туманности в Плеядах, "Рыбачья сеть", "Калифорния" и другие, помеченные в каталоге NGC (IC) как очень слабые (vF) и экстремально слабые (eF).