На первый взгляд этот вопрос кажется совершенно бессмысленным. Но если подумать…

Человеку не обязательно видеть звёзды на небе – без них вполне можно прожить. Но «если звёзды зажигают, значит, это кому-то нужно». А кому и зачем видеть на ночном небе звёзды? В космосе множество разных объектов и явлений, которых мы не замечаем без специальной техники. Почему же наш глаз видит звёзды, причем не две, не двести и не миллиарды, а несколько тысяч? Существует ли этому разумное объяснение? Попробуем разобраться.

Одно из незабываемых впечатлений в жизни каждого человека – ясное ночное небо, в чёрной глубине которого сияют тысячи огоньков – звёзды. Они так прекрасны, что даже не возникает желания задуматься – почему мы их видим?

«Ну как же иначе? – удивитесь вы. – Разве можно не видеть звёзд?» Очень даже можно! Яркость звёзд чрезвычайно мала. Даже у самых ярких из них она находится вблизи порога чувствительности нашего зрения. Будь этот порог чуть-чуть выше, на небе не было бы видно ни одной звёзды. И при этом наше дневное зрение практически не потеряло бы своего качества. Днём мы просто не заметили бы перемены в своём зрении. Тем не менее эволюция зачем-то дала нам способность видеть звёзды. Но зачем? Не для того же, чтобы некоторые из нас занимались астрономией…

Известно, что глаза наших диких предков практически не отличались от наших. И не только глаза: не отличалась и вся центральная нервная система, на периферийной части которой расположены глаза. Значит, наши далёкие предки тоже видели звёзды. Но в повседневной жизни троглодита звёзды уж точно не играли никакой роли. Зачем же Homo Sapiens (и не он один) видит эти ночные огоньки?

Вспомним, что чувствительности нашего зрения не хватает, например, чтобы увидеть миллионы окружающих звёздных систем – галактик. С точки зрения эволюции это вполне закономерно: далекие галактики никак не влияли на жизнь наших предков. Однако мы не замечаем на небе даже астероидов, хотя сотни тысяч этих опасных микропланет носятся буквально у нас под носом, заполняя всю Солнечную систему и представляя для нас определенную угрозу. А звёзды глаз человека почему-то видит, хотя они ничем нам не угрожают и вообще (да простят меня астрологи!) не оказывают на нас никакого влияния. Способность видеть звёзды, казалось бы, никак не облегчает нам борьбу за существование. Или все-таки облегчает?

Один из важнейших принципов биологической эволюции – экономия ресурсов. Повышение чувствительности наших рецепторов и соответствующее улучшение органов чувств – зрения, слуха или обоняния – требует дополнительных ресурсов, поэтому их чувствительность не поднимается выше того уровня, который необходим для выживания. На протяжении миллионов лет наш глаз испытал множество метаморфоз, пока научился видеть и днем, и ночью. Природе пришлось изрядно потрудиться, создавая механизмы адаптации к яркому солнечному свету с одной стороны и механизмы регистрации слабого света звёзд с другой. Неужели звездная россыпь на ночном небе имела жизненное значение для предков человека и подобных ему животных?

Оказывается, имела. И вот почему.

Ясно, что естественный отбор благоволит к тем, кто видит не только днем, но и ночью, причем не только при луне, но и в безлунную ночь, когда единственным источником света служит само ночное небо. Ведь оно только на первый взгляд кажется совершенно чёрным. Каждый, кто ходил в походы и выглядывал ночью из палатки, знает, что ночное небо не абсолютно тёмное – оно слабо, но вполне заметно светится! Чтобы в безлунную ночь различать дорогу и силуэт врага или жертвы, минимальная чувствительность зрения должна соответствовать яркости ночного неба.

Астрономы установили, что примерно половина излучения ночного неба – это свет звёзд (Роч, Гордон, 1977). В большинстве своем это звёзды нашей Галактики, но не все, а только те, что удалены от Земли не более чем на 1000 пк (более далекие скрыты за облаками межзвездной пыли). А таких близких и видимых звёзд – около 100 миллионов. Примерно столько же в сетчатке нашего глаза палочек – клеток, ответственных за темновое зрение. Поэтому далёкие звёзды не видны по отдельности, а сливаются в сплошной темно-серый фон. Попробуем оценить, сколько звёзд в виде отдельных ярких точек на этом фоне сможет увидеть наш глаз.

Следует учесть, что угловая разрешающая способность ночного зрения ниже, чем дневного. Причин две.

Во-первых, при слабом свете зрачок глаза расширяется, и начинает сказываться сферическая аберрация роговицы и хрусталика, снижающая четкость изображения (в фотографии это соответствует открытой диафрагме объектива).

Во-вторых, при низкой освещённости мозг суммирует сигналы от нескольких соседних палочек, чтобы результирующий сигнал стал заметнее: поскольку качество картинки невысокое, эффективный размер «пикселей» можно укрупнить (Хьюбел, 1990; Роуз, 1977).

Существует простой способ убедиться, что наш глаз умело использует прием «чувствительность за счет качества». Как известно, ясное и четкое изображение возникает только в центре поля зрения. Если мы смотрим на предмет в упор, то видим его мельчайшие детали, но стоит немного отвести взгляд в сторону, как изображение расплывается, мелкие детали становятся неразличимы. Зато недостаток четкости «бокового зрения» компенсируется его повышенной чувствительностью к свету: часто слабую звезду, невидимую в упор, удается легко различить боковым зрением, если немного отвести взгляд в сторону.

Итак, в режиме ночного зрения на каждый зрительный элемент сетчатки нашего глаза попадает свет от нескольких далёких звёзд, примерно от дюжины. Чтобы изображение близкой звёзды проявилось на этом фоне как яркая точка, она должна освещать глаз в десятки раз сильнее этой группы далеких звёзд, то есть в сотни раз сильнее, чем каждая из них в отдельности. Зная фотометрический закон – «освещённость падает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света» – нетрудно вычислить, что такая «заметная» звезда должна быть раз в 20–30 ближе к нам, чем далекие 100 миллионов звёзд фона. Много ли таких близких звёзд, да и есть ли они вообще?

Если радиус сферы уменьшить, для определенности, скажем, в 25 раз, то ее объем уменьшится в 25³ ≈ 15 000 раз. Легко видеть, что из 100 миллионов звёзд, равномерно распределенных в пространстве и освещающих наше небо, в этой малой сфере вокруг нас остается около 6000. Именно они должны быть заметны нашему глазу как яркие точки на однородном фоне ночного неба. Удивительно, но наш приблизительный расчет оказался весьма точен: именно столько звёзд видит здоровый глаз человека на двух полусферах чистого загородного неба (см. табл.).

Количество звёзд на всем небе, имеющих блеск ярче указанной звёздной величины

Вот так биологическая эволюция и борьба с ночными хищниками за своё существование подарили нам в итоге радость созерцания красоты звёздного неба. Не такими уж бесполезными оказались звёзды. Они действительно освещают наш ночной мир. А какие светила освещают нас днём?

Современная астрономия сочетает вековые наблюдательные традиции с передовыми технологиями: наземные и космические телескопы, роботизированные системы и адаптивная оптика позволяют фиксировать огромное количество космических объектов и явлений, в то время как искусственный интеллект становится необходим для обработки беспрецедентного потока данных. При этом человеческое зрение, эволюционно настроенное на восприятие ярких звёзд на ночном небе, остаётся фундаментальной точкой отсчёта, показывая, как естественная любознательность и биологические возможности человека исторически определяли контакт с космосом. Таким образом, астрономия сегодня – это уникальное переплетение науки, техники и человеческого восприятия Вселенной.