Смотри в оба!
Человек от природы имеет два глаза, но лишь немногие заставляют работать их вместе при наблюдениях звездного неба. Чего мы лишаемся, когда используем свои органы зрения лишь наполовину? Какие преимущества несут в себе наблюдения двумя глазами? Некоторые заявляют, что они могут видеть одним глазом так же хорошо, как и двумя, другие клянутся, что яркость изображений в бинокле удваивается по сравнению с телескопом. Кто же прав?
Эффект от бинокулярного зрения (то есть двумя глазами) в обычной жизни прост и понятен — благодаря ему мы можем видеть объем предметов и определять расстояния до них. Но это свойство неприменимо при наблюдениях небесных светил. Астрономические объекты расположены от нас настолько далеко, что мы не можем видеть их в "стерео". Однако, если вы сомневаетесь в пользе бинокулярного зрения для нас, звездочетов, просто выйдите ближайшей ясной ночью на улицу, взгляните на звездное небо и прикройте один глаз рукой. Почувствовали разницу? То-то и оно!
Чтобы понять важность бинокулярного зрения для астрономии, необходимо осознать, что глаз имеет собственные "шумы". Проведите простой эксперимент: закройте глаза и накройте их ладонями, дабы полностью блокировать свет. Вы убедитесь, что картинка не стала абсолютно черной, напротив, в зависимости от вашего физического состояния вы видите неравномерный мерцающий фон, испещренный появляющимися и исчезающими светлыми точками, линиями, кругами и прочими "шумами". Встряхните головой или надавите пальцами на глазные яблоки, и световое шоу разгорится с новой силой.
Во время астрономических наблюдений в условиях очень низкой освещенности этот фон конкурирует со слабыми "полезными сигналами", поступающими от галактик, туманностей и скоплений. Свет от объекта, попадающий одновременно на оба, глаза дает возможность мозгу подтверждать наличие реальных изображений, одновременно фильтруя ложные. Иначе говоря, бинокулярное зрение резко повышает для глаза отношение сигнал-шум, позволяя видеть более слабые объекты на более темном и равномерном фоне.
Повышение контраста
Многочисленными исследованиями доказано, что бинокулярное зрение дает примерно 40-процентный выигрыш при наблюдении низкоконтрастных изображений. И этому есть математическое объяснение: "стандартная ошибка суммы X независимых измерений случайных или шумовых процессов уменьшается пропорционально квадратному корню из X, поэтому наблюдатель двумя глазами (Х=2) может зарегистрировать изображение в квадратный корень из двух менее контрастное (то есть в 1.414 раза), чем одним глазом". Другими словами, бинокулярное зрение уменьшает ту минимальную разницу в контрасте, которую глаз еще в состоянии заметить. А ведь именно контраст объекта — то, как он выделяется на окружающем его фоне — играет даже более важную роль, чем его общая яркость, в вопросе о том, сможем ли мы его увидеть.
Хорошо известные любителям астрономии темная туманность Конская Голова и диффузная туманность Пеликан наглядно демонстрируют преимущества наблюдения низконтрастных объектов обоими глазами одновременно. При самых благоприятных условиях труба телескопа позволит вам увидеть лишь слабые намеки на присутствие этих объектов в поле зрения. Используя свои самодельные бинокуляры, я, например, вижу обе туманности безо всяких проблем.
Большие однородные туманности при рассматривании в крупный бинокуляр действительно светятся очень равномерно. При этом многие замечают, что те же объекты выглядят довольно зернистыми при наблюдениях в телескоп одним глазом. Подобная зернистость — не что иное, как все те же "шумы" адаптировавшегося к темноте глаза. Похожая зернистая картинка появляется на экране телевизора при просмотре видеокассеты, отснятой в условиях недостаточной освещенности.
Пороговая чувствительность
При наблюдениях вблизи порога чувствительности глаза почти 40% выигрыш в контрасте позволяет засечь объекты, светящиеся на 40% слабее. Это справедливо как для звезд, так и для туманностей. Причем в случае туманностей, подобного эффекта нельзя получить простым увеличением диаметра объектива одиночного телескопа, так как вместе с яркостью объекта будет расти и яркость фона неба.
Проведенное некоторое время назад тестирования большой группы добровольцев продемонстрировало, что бинокулярное зрение позволяет заметить источник света на 25-40%, чем монокулярное зрение. Основываясь на собственном опыте, могу констатировать, что с помощью своего 33-см бинокуляра в центральной части скопления галактик в Деве, в одном поле зрения с М86 я могу разглядеть восемь галактик. Из них лишь пять остаются видимыми, если один глаз закрыть.
Предельная звездная величина
Два глаза, работающие вместе, дают возможность увидеть более слабые звезды, чем один. Известный американский наблюдатель Ричард Берри, пользовавшийся некоторое время моим 45-см бинокуляром, заметил: "Для меня наблюдения обоими глазами увеличивают проницающую способность примерно на половину звездной величины". Его оценка слегка более оптимистична, чем предсказывает теория, согласно которой выигрыш составляет 0,37 звездной величины.
Конечно, вы можете добиться того же самого, увеличив диаметр своего телескопа на 19 процентов, и это наверняка обойдется значительно дешевле строительства бинокуляра. Поэтому, хоть бинокуляры и дают преимущество при наблюдениях всех объектов, оно не столь велико для звезд, поскольку равно-, ценный рост предельной звездной величины можно получить сравнительно небольшим увеличением диаметра объектива телескопа, например, с 20 до 25 см.
Видимость мелких деталей
Также исследования бинокулярного зрения продемонстрировали улучшение разрешающей способности на 5-10% при бинокулярных наблюдениях высококонтрастных объектов. Это приятное известие, но все же недостаточное для рекомендации бинокуляров для наблюдений ярких планет и двойных звезд, так как аналогичного эффекта можно добиться за счет весьма скромного увеличения диаметра объектива телескопа.
Совершенно иная ситуация складывается при наблюдениях низкоконтрастных объектов, таких как планетарные туманности. В этом случае бинокуляры дают гораздо больший выигрыш, повышая способность глаза различать мелкие детали на 40%.
Наблюдения в бинокуляр
Какое же преимущество дает применение бинокулярного зрения на практике? Из личного опыта и общения с другими наблюдателями я пришел к следующим выводам.
Шаровые скопления. Используя одиночный 40-см телескоп, наблюдатели часто описывают плотное скопление Омега Центавра как кишащее ползающими сквозь него "змеями", а некоторые сравнивают его с "кипящей овсяной кашей". Подобный феномен, на мой взгляд, вызван не атмосферными возмущениями, а тем, что мозг пытается выявить знакомую картину в узоре звезд, образующих скопление. При наблюдениях двумя глазами шаровые скопления выглядят гораздо более спокойными и лучше разрешаются на отдельные звезды.
Темные туманности. Без сомнения, бинокли дают потрясающий эффект при наблюдениях темных туманностей. Вот что написал по этому поводу Берри: "Когда я просматривал в 45-см бинокуляр район вблизи направления на центр Галактики, я решил поискать темные туманности, которые обнаружил несколькими ночами ранее в 50-см телескоп... Однако, бинокуляр запросто показывал темные туманности десятками, и вскоре я остановился в замешательстве, не зная, какие из них я уже видел прежде?"
Цветопередача. На мой взгляд, бинокулярное зрение улучшает цветовое восприятие астрономических объектов. Слабые ржавые и розовые оттенки внешних частей Туманности Ориона гораздо легче увидеть в бинокуляр, чем в одиночный телескоп с той же апертурой. Однако, я не могу привести здесь никаких цифр, описывающих эту разницу. Восприятие цветовых оттенков очень индивидуально, и возможно, не последнюю роль здесь играет воображение.
Объемность. Я уже отмечал ранее, что звезды и планеты слишком далеки от нас, чтобы мы могли их видеть объемными, и, тем не менее... Частенько я ловлю себя на мысли, что некоторые объекты, чаще всего рассеянные звездные скопления, при наблюдениях в бинокуляр кажутся очень даже объемными.
Присутствие. Самое сильное преимущество от использования двух глаз для наблюдения астрономических объектов невозможно описать формулами и выразить в цифрах. Это чувство того, что ты действительно видишь объект, а не его подобие. Многие начинающие любители астрономии говорили мне, что при наблюдениях в бинокуляр им казалось, что они смотрят в окно, тогда как наблюдения в телескоп давали ощущения просмотра картины сквозь маленькое отверстие в стене. Два фактора могут быть причиной подобного эффекта. Во-первых, получая подтверждение увиденной картины от двух глаз, мозг считает ее более "реальной", а во-вторых, изображения объекта в обоих глазах имеют одинаковую форму и размер.
Может ли телескоп конкурировать?
Конечно, может. Меня часто спрашивают, какому бинокуляру может быть эквивалентен тот или иной одиночный телескоп? Обычно я отвечаю, что телескоп и бинокль, имеющие одинаковую светособирающую площадь объективов, примерно равны по своим возможностям, но точный ответ более сложен. При наблюдениях звезд одиночный телескоп эквивалентен бинокуляру, если диаметр его объектива на 19% больше, чем у бинокуляра. При наблюдениях планет различие стирается, если объектив телескопа всего на 10% превышает бинокулярный. Однако, при наблюдениях слабых протяженных объектов преимущество бинокуляров на 41% уже не может быть скомпенсировано аналогичным увеличением объектива телескопа.
А как насчет использования бинокулярной приставки — устройства, расщепляющего световой поток от объектива телескопа на две части, которые рассматриваются через два окуляра. Давайте посмотрим, что из этого может получиться.
При разделении светового потока пополам для каждого глаза яркость изображения падает на 50%, а компенсация бинокулярного зрения, как вы помните, составляет только 41%. Таким образом, в результате применения бинокулярной приставки яркость изображения будет не более 71% (0,50x1,41) от яркости, которая была бы при наблюдении с обычным окуляром. Однако в действительности дела обстоят еще хуже. Из-за потерь света в устройстве, разделяющем световой поток от объектива, глаз достигает не более 30% первоначальной яркости изображения, что в итоге дает всего 41% (0,30x1,41) яркости по сравнению с монокулярными наблюдениями на том же телескопе. И, тем не менее, дополнительный комфорт и более высокое эмоциональное воздействие, получаемое от работы с этим устройством, перевешивает возникающие при этом светопотери, что в общем не столь критично при наблюдениях ярких объектов.
Подведем итоги. Если вы специализируетесь на наблюдениях звезд и ярких планет, то вам не стоит инвестировать свои деньги в строительство бинокуляра — гораздо выгоднее их будет потратить на телескоп с немного большим диаметром объектива или на хорошую бинокулярную приставку. Однако, если вы, как и я, предпочитаете вглядываться темными безлунными ночами в бесконечно далекое призрачное сияние туманностей и галактик, именно крупный бинокуляр предоставит вам неоспоримое преимущество. Купить в магазине такой инструмент невозможно, поэтому, не пожалейте времени и энергии, чтобы построить себе инструмент, который откроет для вас совершенно новые горизонты.
Ли Кейн
Перевод с английского Станислава Аксенова
Эта статья была впервые опубликована в журнале "Astronomy" в ноябре 1986 г., на русском языке впервые опубликована в журнале "Звездочет" в ноябре 1996 г.
