НАБЛЮДЕНИЕ И ВИДИМОСТЬ

 

Профессор
В.В. Шаронов


IV. ВИДИМОСТЬ НОЧЬЮ

Ночное наблюдение

Ночь - лучшее время для тех боевых операций, которые должны проводиться скрытно. Ночью удобнее выйти в разведку, пробраться в расположение противника и на месте получить необходимые сведения. Ночью можно скрытно подползти к самой линии обороны врага и неожиданно ворваться в его окопы. Ночью во время войны большие соединения самолетов пересекают линию фронта, заходят глубоко в тыл противника и сбрасывают смертоносный груз своих бомб. Ночью миноносцы и торпедные катера подкрадываются к крупным кораблям и поражают их внезапной торпедной атакой. Во время Великой Отечественной войны с наступлением ночи на дороги временно занятой немецкими фашистами территории выходили отряды наших отважных партизан и уничтожали обозы, средства сообщения, живую силу противника.
Пользуясь преимуществами ночных действий, надо твердо помнить, что и противник тоже может под покровом ночи предпринять внезапное нападение. Поэтому ночью наблюдение не только не прекращается, но, напротив, усиливается. Ночью, как и днем, стоят на своих постах наблюдатели, вслушиваясь в каждый шорох и пристально вглядываясь в темноту. На корабле вахтенные напряженно всматриваются в темный горизонт: не покажется ли во мраке силуэт вражеского судна, не мелькнет ли где-нибудь огонек, не осветит, ли небо вспышка далекого залпа. На постах службы воздушного наблюдения подле звукоулавливателей и прожекторов бодрствуют люди, готовые в любой момент мощным лучом света озарить приближающийся самолет.
Трудна и ответственна служба ночного наблюдения! Она требует внимания и предельного напряжения всех сил.
Причиной всех затруднений в наблюдении ночью является темнота, мрак. Темнота - это отсутствие света, точнее, недостаточно яркое освещение, вследствие которого зрение человека не может воспринимать окружающее с достаточной четкостью. Поэтому самый лучший способ помочь наблюдению - это осветить погруженную в темноту местность искусственным светом: лучом прожектора, осветительной бомбой или ракетой. Но это возможно не всегда. Чаще всего приходится ограничивать наблюдение тем, что видно при наличном уровне света. Поэтому следует заранее знать, насколько темной будет предстоящая ночь, будет ли светить Луна и в какие именно часы, как рано ночной мрак окутает землю и в котором часу начнется рассвет. Все эти данные сообщаются в разного рода справочниках и календарях, где, в частности, приводятся данные о восходе Луны, о часе наступления сумерек и т. д. Такими данными пользуются при планировании ночных операций.

Мера света

Освещенность можно точно измерить и выразить цифрами. При всяком измерении пользуются определенными мерами или единицами, в которых выражаются результаты измерения. Так, длина выражается в метрах или сантиметрах, вес - в граммах и килограммах, объем - в литрах и т. д. Какими же мерами выражают свет?
При измерении света за основу берется особая лампа, которую называют нормальной или стандартной свечой.
Она должна быть устроена так, чтобы сила ее света всегда была строго одинаковой. Со светом такой свечи и сравнивают изучаемую освещенность.
Когда-то для этой цели употребляли обыкновенные свечи из стеарина или парафина установленного размера. Такого рода измерение давало очень неточные результаты: каждая свеча горит и оплывает по-разному; стеарин и воск тоже бывают разного качества, следовательно, свечи одного сорта и размера дают неодинаковый свет. Поэтому позднее перешли от свечей к небольшим лампам с фитилем, в которых горела жидкость определенного состава, но и это давало не совсем точные результаты. Впоследствии стали применять электрические лампы, но и это не решало вопроса, так как сила света таких ламп, хотя и медленно, но все же меняется при работе. Поэтому проф. П. М. Тиходеевым и его сотрудниками был разработан особый прибор, который дает свет исключительного постоянства и который в случае утраты всегда можно точно восстановить. Этот прибор представляет собой электрическую печь, внутри которой светится медленно затвердевающая расплавленная платина. Результаты этой выдающейся работы послужили основой к установлению государственного светового эталона СССР.
Хотя печь с расплавленной платиной совсем не похожа на стеариновую или восковую свечу, меру силы света попрежнему называют свечой.
Если на расстоянии 1 м от лампы в одну свечу поставить экран, то он получит освещение строго определенной силы. Освещенность при таких условиях и принимается за меру освещения, называемую метр-свечой или люксом (от латинского слова "люкс" - свет). В люксах удобно выражать слабое освещение. Для очень яркого света применяют меру фот, который составляет 10000 люксов.
Чтобы читатель составил себе некоторое представление об этих мерах света, приведем примеры.
В ясный летний день, когда небо чисто, а Солнце стоит на небе высоко, освещенность составляет 60000-100000 люксов или 6-10 фотов. В такой же день в тени, куда солнечные лучи не проникают, освещенность будет 10000-20000 люксов. В пасмурный день на открытом месте освещенность бывает от 5000 до 20000 люксов. На закате Солнца она составляет при ясной погоде около 1000 люксов, при пасмурной - 300-500 люксов. В светлые летние ночи в Ленинграде освещенность составляет всего 1 люкс. Вечером в комнате при электрическом свете освещение бывает очень неравномерным: на столе, прямо под яркой лампой с хорошим абажуром, оно может доходить до 100-300 люксов, в то время как в темных углах комнаты бывает 1-5 люксов и меньше. Полная Луна дает света около 0,2 люкса, а в темную безлунную ночь общий свет звезд и других ночных светил составляет всего 1/1000-1/10000 люкса.
Для измерения силы освещения придумано множество специальных приборов - светомеров или фотометров. В некоторых фотометрах яркость света сравнивается лазом, в других она определяется посредством автоматически действующих фотоэлементов, превращающих световые лучи в электрический ток.
Пользуясь такими приборами, можно изучить ход освещенности в открытом поле днем и ночью при разных условиях.

Заря, сумерки и белые ночи

Переход от яркого дневного света к ночному мраку происходит не сразу. С закатом Солнца темнеет постепенно: свет убывает медленно и лишь спустя 1-2 часа достигает своего ночного уровня. То же самое происходит и утром: светать начинает задолго до восхода Солнца, так что к моменту появления дневного светила над горизонтом становится уже совсем светло.
Время, в течение которого угасает или разгорается дневной свет, называется сумерками. Сумерки обычно бывают два раза в сутки: один раз - вечером, после заката Солнца, а другой раз - утром, перед солнечным восходом. В северной зоне страны, например, в Ленинграде, летом вечерние сумерки смыкаются с утренними, так что темнота совсем не наступает. Эти светлые, "белые" северные летние ночи всегда вызывают удивление уроженцев юга, где ничего подобного не бывает и где летом ночи, хотя и короткие, но все же "настоящие", т. е. совсем темные.
На дальнем севере, в суровых просторах Арктики, где бывает и сплошной день, длящийся по нескольку недель и даже месяцев подряд, и сплошная ночь, - сумеречное время проявляется и в других вариантах. Например, темная полярная ночь ежедневно на несколько часов прерывается сумерками, которые зимой заменяют для этих мест день. Еще ближе к полюсу бывает время (весной и осенью), когда сумерки длятся по многу дней подряд, лишь незначительно угасая к полуночи и разгораясь к полудню. То же самое, конечно, происходит и в Антарктике, т. е. в окрестностях Южного полюса.
Откуда же берется серебристое, но тусклое освещение в те часы, когда Солнца нет над нашим горизонтом? Ответить на этот вопрос не представляет большого труда: в сумерки нас освещает небо.
С закатом Солнца прямые солнечные лучи для нас пропадают, но небесный свод остается ярко освещенным, и его рассеянный свет продолжает освещать землю. Если при этом небо ясно, если нет туч и облаков, то на небесном своде разыгрывается ряд эффектных явлений, характерных для сумерек.
Край неба, у которого скрылось Солнце, окрашивается в яркие желтые или оранжевые тона. Над ним нередко появляется расплывчатое широкое пятно пурпурного цвета, постепенно переходящего из беловатых тонов в серо-голубые оттенки зенита. С противоположной Солнцу стороны, на востоке, небо окаймлено широким поясом темно-розового цвета.
По мере того, как Солнце уходит глубже за горизонт, пурпурное пятно опускается книзу и как бы заходит за оранжевый сегмент на западе. В то же время малиновая кайма на востоке подымается над горизонтом, и за ней появляется темный краешек неба синевато-серого, как бы сизого оттенка. Это тень земли на фоне атмосферы. Тень, постепенно поднимаясь все выше и выше, несет с собой ночной мрак.
Все это разнообразие цветов, всю эту эффектную игру красок на вечернем небе называют зарей.
Но вот проходит полчаса - час, и краски зари начинают тускнеть. Меркнет оранжевый сегмент на западе, исчезает пурпурный цвет над ним, расплывается и пропадает розовая кайма на востоке. На смену насыщенным красно-желтым то вам первой фазы вечерней зари приходят тусклые цвета второй фазы. Мутно-желтое у горизонта и зеленоватое над ним небо все больше и больше темнеет. Вот уже пропали все оттенки, и только слабый серый свет показывает направление Солнца, все глубже спускающегося за горизонт. Еще немного - и этот свет меркнет. Зари больше нет. Сумерки закончились.
Те же явления, но в обратном порядке мы наблюдаем на небе утром, перед восходом Солнца. Это утренняя заря.
Как и все воздушные явления, заря бывает очень разнообразной. В зависимости от чистоты и прозрачности воздуха, наличия в нем водяных паров или пыли, от расположения и характера облаков заря бывает то очень ярких и насыщенных цветов ("красные зори", когда заря окрашивается кровавым, пунцовым светом), то, напротив, - блеклой и бедной красками.
Особенности зари отражают перемены в атмосфере, поэтому мы иногда можем пользоваться ими для предсказания погоды. Рыбаки, моряки и вообще жители прибрежных мест, на основании большого житейского опыта, нередко удачно предсказывают погоду по заре.
Причина зари и сумерек кроется в форме земной атмосферы. Окружая шарообразную землю, слой воздуха нам является шаровым слоем, как это изображено на рис. 17. Рассматривая этот рисунок, легко убедиться, что солнечные лучи продолжают освещать верхние слои воздуха и после того, как Солнце зайдет для наблюдателя, стоящего на земной поверхности. Благодаря этому происходит следующее: после заката Солнца освещение земной поверхности солнечными лучами прекращается, но воздух над землей все еще пронизывается солнечным светом. Лучи Солнца рассеиваются в толще воздуха, отражаются воздушными частицами в разные стороны и в том числе по направлению к земле. Поэтому небо кажется нам ярким, мы видим на нем пеструю зарю, а земля и все предметы, находящиеся на ней, освещаются сребристым сумеречным светом.
Чем ниже опускается Солнце за горизонт, тем тоньше становится слой воздуха, освещенного этими лучами; к тому же это верхний, сильно разреженный и, следовательно, слабо отражающий слой. Поэтому по мере опускания Солнца за горизонт небо быстро темнеет и вместе с этим ослабевает и сумеречный свет.
Измеряя яркость неба при заре и производя расчет высоты слоев, еще освещенных солнечными лучами, можно найти рассеивающую способность воздуха на разных высотах над землей и при помощи этих данных определить плотность верхних слоев атмосферы. Такой способ исследования самых высоких слоев атмосферы, пока еще недоступных для человека, был предложен академиком В. Г. Фесенковым и подробно разработан его учениками.

Условия видимости в сумерки

Время сумерек резко и точно отграничено от дневного времени моментами восхода и захода Солнца. Со стороны ночи никакой точной границы у сумерек нет, потому что свет, постепенно убывая, незаметно переходит в темноту ночи. Но для практики и, в частности, для разных расчетов, связанных с видимостью, необходимо хотя бы приблизительно знать, когда кончаются сумерки и начинается ночь.
Оказывается, что при ясной безоблачной погоде изменение освещения с погружением Солнца за горизонт протекает везде приблизительно одинаково. Например, если Солнце углубилось за горизонт меньше чем на 6°, то сумеречный свет настолько ярок, что при нем все отлично видно: на открытом месте можно выполнять любые работы и даже разбирать печатный текст, рассматривать карту, смотреть на часы, компас и т. д. После того как Солнце опускается за горизонт ниже 6°, света уже не хватает, и окружающие предметы становятся видны все хуже и хуже. После того как Солнце углубится на 12°, на земле становится почти темно, однако на небе еще сохраняется довольно большой светлый участок угасающей зари. После погружения Солнца на 18-20° всякие следы зари и сумерек пропадают. Исходя из изложенного, для целей практики условились различать три степени сумерек.
Время, в течение которого Солнце углубляется за горизонт меньше чем на 6°, называется гражданскими сумерками. Сумеречный свет в это время настолько ярок, что как близкие, так и далекие предметы видны вполне отчетливо, и поэтому нет надобности в искусственном освещении, по крайней мере на открытом месте.
Время, в течение которого глубина погружения Солнца заключается между 6 и 12°, называется навигационными или морскими сумерками. В течение этих сумерек видимость быстро ухудшается, однако можно еще довольно отчетливо различать контуры крупных предметов, например, холмов, гор, зданий. Это позволяет мореплавателю ориентироваться в море по очертаниям берегов, откуда происходит название этого раздела сумерек. Цвета предметов различаются с трудом, а затем совсем пропадают.
После погружения Солнца ниже 12° сумеречное освещение на земле практически прекращается и на небе остается только слабый свет заря. Не имея значения для видимости земных предметов, он, однако, мешает астрономам различать слабые звезды. Поэтому самая темная часть сумерек, когда Солнце находится за горизонтом между 12 и 18°, называется астрономическими сумерками. Из вопросов, имеющих практическое военное значение, с этими сумерками связано лишь наблюдение за самолетами, которые на фоне слабо освещенного неба могут выделяться в виде темных силуэтов. (Термин "навигационные сумерки" имеет ограниченное распространение. Во многих случаях под названием "астрономические сумерки" понимается все время, когда Солнце находится между пределами 6 и 18°.)

Глубину погружения Солнца за горизонт можно с большой точностью вычислить заранее на любой день и час каждого года. Зная глубину погружения и учитывая условия погоды, мы будем знать и величину освещенности земной поверхности, а также зависящие от нее условия видимости тех или иных предметов. В таблице 5 приводятся некоторые цифры по этому вопросу. Они основаны на многолетних наблюдениях дневного света, которые велись под руководством проф. Н. Н. Калитина.
Пользуясь найденными на основании опыта значениями глубины погружения Солнца для границы сумерек разного типа, нетрудно составить заранее весьма важные для практики таблицы начала и конца сумерек для разных мест. Такого рода сведения сообщаются в астрономических календарях и ежегодниках и различного рода справочниках.

Продолжительность сумерек зависит от времени года: летом и зимой сумеречное освещение тянется дольше, чем весной и осенью.
Но еще в большей мере продолжительность сумерек зависит от широты места: чем севернее, чем ближе к полюсу, тем дольше длятся сумерки. Происходит это от чисто астрономической причины: чем дальше от экватора расположено место, тем более косо спускается там Солнце к горизонту. На экваторе Солнце спускается отвесно вниз, поэтому вскоре после заката оно оказывается уже глубоко за горизонтом, и сумерки оканчиваются быстро. В умеренных широтах Солнце идет к горизонту под острым углом, а поэтому, продвигаясь вперед благодаря своему кажущемуся суточному движению, оно отходит от горизонта не так быстро. В полярных областях видимый суточный путь Солнца так мало наклонен к горизонту, что, скрывшись от наблюдателя за край Земли, Солнце еще очень долго движется вблизи горизонта, и поэтому сумерки там длятся много часов.

Лунный свет

В сутолоке ярко освещенных городов, в селениях и на станциях, залитых электрическим светом, мы обычно не замечаем Луны и ее тусклого света. Но вот началась Великая Отечественная война. Опасность воздушных налетов заставила выключить все наружное освещение, и тут мы сразу вспомнили про Луну. Ее слабый по сравнению с электрическим свет все же дает достаточное освещение.
Если в темную ночь мы едва различаем силуэты близких предметов, то в полнолуние хорошо видны детали окружающей панорамы, а при ясной погоде даже далекие части ландшафта выступают вполне отчетливо. Неудивительно, что во время войны, в местах, удаленных от фронта, Луне радовались как средству естественного извещения. Зато в прифронтовой полосе на нее смотрели с тревогой: заливая местность своим светом, она демаскировала затемненные города и селения и тем помогала коварному врагу совершать свои разбойничьи воздушные налеты на мирное население нашей страны.
В отличие от дневного освещения, правильно чередующегося изо дня в день, лунный свет очень изменчив. Луна то появляется с самого вечера в виде круглого светлого диска и светит всю ночь напролет, то превращается в узкий светлый серп и тускло светит только с вечера или под утро, то скрывается, и тогда ночь бывает совсем темной. Эти перемены формы и света Луны известны под названием лунных фаз. Напомним их течение.
Один раз в месяц бывает такой день, когда Луна совсем не появляется на небе. Этот день называется новолунием. На следующий день или, чаще, дня через 2-3 после новолуния Луну можно обнаружить вскоре после заката Солнца. Она бледно выступает на фоне вечерней зари в виде тоненькой светлой дужки, похожей на согнутую медную проволочку, и, не давая света, заходит еще до окончания сумерек. Начиная с этого времени, Луна появляется ежевечерне и при этом с каждым днем становится все шире, излучает больше света и заходит все позже и позже. Астрономы характеризуют лунную фазу возрастом Луны; под этим понимается время, прошедшее с последнего новолуния. В возрасте 4-5 дней Луна превращается уже в довольно широкий серп и вполне ощутительно освещает вечером. В возрасте 7 дней она имеет форму полукруга, после чего ее левый край становится выпуклым и вся она приобретает несколько одутловатую форму. На 14-й день Луна превращается в правильный круг, или, как принято говорить, становится "полной". В таком виде она дает больше всего света и светит всю ночь, с вечера до утра. Однако уже на 15-й день у нее появляется "ущерб" - некоторая убыль, но на этот раз с правой стороны. Вместе с тем она появляется уже не с вечера, а позже, так что вечера при убывающей, или "старой", Луне становятся темными.
Постепенна убывая, Луна на 21-й день опять превращается в полукруг, но повернутый в другую сторону (горбиком влево). Затем она опять принимает форму серпа, но появляющегося уже под утро, перед восходом Солнца. Этот серп становится с каждым днем все уже и уже и восходит все позднее, пока не скроется совсем в лучах утренней зари и не наступит очередное новолуние. Все эти изменения формы Луны показаны на рис. 18.
Время, которое протекает между двумя одинаковыми фазами Луны, например, от новолуния до новолуния или между двумя полнолуниями, называется синодическим месяцем. Его продолжительность составляет 29,5 суток, точнее 29 дней 12 часов 44 минуты 2,9 секунды.
Условия лунного освещения сильно меняются в зависимости от сезона. Например, полная Луна всегда находится на участке неба, противоположном Солнцу; поэтому она восходит на закате Солнца, а закатывается на восходе и, следовательно, светит всю ночь. Но летом Солнце поднимается на небе высоко и светит долго. Луна же, наоборот, появляясь лишь на короткое время летней ночи, проходит невысоко над горизонтом, особенно на севере. Зимой, напротив, полная Луна описывает на небе большую дугу и, проходя высоко над горизонтом, ярко освещает весь ландшафт. Поэтому зимой лунные ночи гораздо светлее, чем летом. Разница еще усугубляется снегом, который сильно отражает лунные лучи, благодаря чему создается то впечатление светлой морозной лунной ночи, которое хорошо знакомо каждому.
"Молодая" Луна, появляющаяся по вечерам, проходит по небу высоко и поздно закатывается весной (в марте, апреле). Осенью она видна невысоко над горизонтом и заходит очень рано. Поэтому весенние вечера освещены лунным светом лучше, чем осенние. "Старая" Луна, напротив, стоит выше и восходит раньше осенью, и поэтому предрассветные часы озаряются ею всего лучше в сентябре и октябре; весной же эта часть ночи бедна лунным светом.
Все эти правила полезно хорошо заучить, чтобы руководствоваться ими как в походе, так и в мирной жизни.
Причина изменений кажущейся формы Луны очень проста и давно известна. Лунный свет - это отражение солнечных лучей от каменистой поверхности нашего спутника. Но Солнце освещает только одну половину лунного шара, другая же его половина остается неосвещенной, темной, вследствие чего на ночном небе ее не видно. При движении Луны вокруг Земли к нам поворачиваются различные доли светлого и темного полушарий. Так, в полнолуние все видимое с Земли полушарие освещено, а в новолуние оно целиком погружено во мрак и поэтому исчезает. Промежуточные формы освещенной части диска легко воспроизвести, если поворачивать перед собой шар, одна половина которого выкрашена в белый цвет, а другая в черный. Впрочем, иногда, а именно при достаточно узком серпе, удается увидеть и неосвещенную часть лунного шара. Она слабо выделяется на фоне неба благодаря тусклому освещению (так называемый пепельный свет на неосвещенной части лунного тела). Это освещение исходит от Земли, которая тоже отражает солнечные лучи и светит на Луну так же, как Луна светит нам. Впрочем, Земля - гораздо лучший отражатель. Исследования обнаружили, что она возвращает в мировое пространство около 50% падающего на нее света, в то время как Луна отражает всего 7% попавших на нее лучей; к тому' же Земля и по размерам много больше Луны, а поэтому ночи на Луне, освещенные "полной Землей", раз в 50 светлее самых светлых лунных ночей у нас.
Лунное освещение нельзя назвать сильным даже в самых благоприятных условиях; когда полная Луна стоит в небе высоко, а воздух очень прозрачен, освещенность доходит до 0,25 люкса, обычно же освещение в полнолуние составляет лишь около 0,1 люкса. В туманную или пасмурную погоду оно оказывается в несколько раз меньше этой величины. Но полнолуние бывает один раз в месяц. С удалением от него в обе стороны сила лунного света быстро снижается. Уже через три дня после полнолуния она уменьшается в 2 раза, через четыре дня - в 3 раза, а через семь дней, когда на небе останется половина диска и Луна приобретет форму полукруга, свет убудет в 10 раз. Происходит это вследствие того, что с удалением от полнолуния убывает не только площадь светлой части диска, но и ее яркость. Эти изменения приведены на рис. 18 и 19.

Интересно отметить, что кривая изменения лунного света до полнолуния и после него не совсем симметрична. Оказывается, что "молодая" Луна дает на 20% больше света, чем "старая" той же формы. Эта разница объясняется неравномерным распределением темных пятен на лунном лике: левая половина Луны содержит наиболее крупные пятна, поэтому убывающая Луна дает меньше света.
Лунное освещение во многом сходно с солнечным. Луна проходит на небе такой же видимый путь, как и Солнце в то или иное время года. Поэтому ее лучи падают на земную поверхность и различные предметы под такими же углами. Подобно солнечному свету, лучи Луны попадают на Землю не только в форме прямых лучей, но и в виде рассеянного света от небесного свода, озаренного светилом. Распределение яркости по небу, расположение теней, соотношение между освещением различно расположенных или наклоненных предметов одинаково как при Луне, так и при Солнце. Разница лишь в силе освещения.
Многочисленные измерения показывают, что свет полной Луны в 465000 раз слабее солнечного. Значит, в полнолуние и яркость неба, и освещение любого предмета, и яркость ландшафта во столько же раз меньше, чем днем, когда Солнце занимает на небе то место, на котором ночью была Луна. Слабый свет не позволяет зрению работать с полной эффективностью, поэтому видимость различных предметов при Луне хотя и значительно лучше, чем в темную ночь, но все же далеко не такая, как днем.

Освещение в темные ночи

Если сумерки уже закончились, а Луны на небе нет, то мы говорим, что наступила темная ночь. Однако эта темнота относительная; пробыв в ней достаточно долгое время, начинаешь отчетливо различать горизонт, контуры крупных близких предметов, темные объекты на фоне белого снега или белые вещи на темном фоне растительности. Значит, и в ночное время остается какой-то, правда очень слабый, свет, при котором кое-что можно видеть. Откуда же он идет?
Освещение местности в ночные часы состоит из лучей разных источников света. Рассмотрим каждый из них.

1. Свет звезд

Каждая звезда в отдельности дает ничтожное количество света, но звезд много, и все вместе они дают вполне ощутимое освещение.
Астрономы с давних времен занимались изучением яркости звезд. Все видимые глазом звезды, в соответствии с их яркостью, были разделены на шесть классов, или, как выражаются астрономы, величин. Самые яркие звезды считаются звездами первой величины, менее яркие относят ко второй величине, более слабые - к третьей величине. Наиболее слабые звезды, которые зоркий глаз различает в очень темную ночь, будут звезды шестой величины. Эти величины подобраны так, что типичная звезда первой величины приблизительно в 2,5 раза ярче звезды второй величины, звезда второй величины - в 2,5 раза светлее, чем звезда третьей величины, и т. д.
Ярких звезд на небе мало, слабых, напротив, очень много. Например, звезд первой величины насчитывается не более двух десятков, звезд второй величины - около 50, звезд третьей величины-134, а звезд шестой величины - 4800. Но это еще не все. Если на то место неба, которое для невооруженного глаза кажется совсем пустым, и лишенным всяких светил, направить телескоп, то в поле зрения непременно окажется некоторое количество звезд. Это те слабые звезды, которые глаз рассмотреть уже не в состоянии. Чем сильнее будет телескоп, тем больше таких телескопических звезд мы увидим. Невооруженным глазом на небесном своде в среднюю по темноте ночь можно увидеть не более 1500-2000 звезд, при особенно благоприятных условиях и очень зорком зрении - 2500-3000 звезд. А при помощи телескопа-гиганта, которым пользуются астрономы, можно фотографировать и изучать сотни миллионов, даже миллиарды звезд.
Подсчеты показывают, что в ночном освещении Земли главную роль играют совсем не те яркие звезды, которыми мы любуемся на ночном небе, а как раз недоступные глазу телескопические звезды. Миллионы этих слабейших светил густо усеивают каждый участок неба. Поэтому небесный свод нигде не бывает совсем черным: блеск громадного числа светлых точек сливается в равномерное сияние, которое входит в общую яркость ночного неба.

2. Ночные сумерки

Когда мы говорили о явлениях зари и сумерек, мы объяснили, что свет, идущий с неба после заката или перед восходом Солнца, вызывается освещением верхних слоев воздуха лучами находящегося за горизонтом светила. Но сумеречный свет зари освещает не только Землю, но и атмосферу в той ее темной части, куда солнечные лучи не доходят. Солнечный луч, отразившийся от воздушных молекул в озаренных частях атмосферы, проникает в неосвещенную зону, попадает там на другую частицу и отражается второй раз. Оттуда он ¦может направиться еще дальше в ночную сторону Земли и там отразиться в третий, потом в четвертый, пятый, десятый раз. Так, передаваясь от частицы к частице, лучи солнечного света путешествуют по всей атмосфере и забираются даже в самые темные уголки ночной половины вашей планеты. Оказывается, что даже в зимнюю полночь, когда Солнце спрятано за горизонтом особенно глубоко, на небе всегда остается этот слабый сумеречный свет лучей, много раз отразившихся в воздухе.

3. Лунные сумерки

Лунный свет, как и солнечный, отражаясь и рассеиваясь в воздухе, может из-за горизонта освещать Землю. Незадолго до восхода Луны край неба, где должно появиться ночное светило, заметно светлеет, и на Земле тоже становится немного светлее. Эта лунная заря, конечно, гораздо слабее "настоящей" солнечной зари, но некоторую роль в освещении ночных часов она все же играет.

4. Свечение верхних слоев воздуха

Жителям Севера-Архангельска, Мурманска, рыбакам и зимовщикам на берегах и островах Арктики - хорошо известно красивое явление полярного сияния, или сполохов. На ночном небе, на северной стороне горизонта, появляется сначала слабый зеленоватый свет. Постепенно разгораясь, он заполняет всю северную половину неба. На общем фоне тусклого света появляются яркие, быстро перемещающиеся зеленые лучи, снопы света, световые столбы. К зеленому свету примешиваются пятна малинового цвета. Возникают и пропадают красивые разноцветные арки и дуги. Вся эта легкая световая картина все время находится в движении, мигает, переливается нежными перламутровыми оттенками.
При полярных сияниях Земля освещается настолько ярко, что различные предметы становятся хорошо видны. Поэтому свет сполохов играет большую роль в освещении долгих морозных полярных ночей.
По мере удаления от Полярного круга, например, на широте Ленинграда и Москвы, полярные сияния бывают не так часто. Чем дальше к югу, тем реже удается увидеть это зрелище; например, в Ленинграде его можно видеть лишь несколько раз в году, на широте Киева - раз за несколько лет, а на южных окраинах Советского Союза (в Закавказье и Средней Азии) полярное сияние величайшая редкость. В тропическом поясе Земли его совсем не бывает, но в южных полярных странах, в Антарктике, сияния так же часты, как и на Дальнем Севере.
Установлено, что полярные сияния развертываются высоко над Землей, в сильно разреженных слоях земной атмосферы. Под действием электрических явлений слои воздуха на высоте от 80 до 1100 км начинают светиться - люминесцировать, вследствие чего на ночном небе появляются световые столбы и пятна.
Что тут дело заключается именно в свечении газов, а не в отражении лучей светил, доказывают наблюдения, выполненные посредством спектроскопа. Напомним, что если в спектроскоп направить обыкновенный дневной свет или лучи Солнца, то в нем будет видна пестрая радуга, называемая спектром. В этой полосе яркие насыщенные цвета будут плавно переходить один в другой, образуя непрерывную разноцветную ленту. Такой спектр называется непрерывным. Та же картина получится, если мы направим спектроскоп на ясное небо или на какой-нибудь предмет, освещенный Солнцем. Это и понятно, поскольку тут мы будем иметь дело все с тем же отраженным солнечным светом. Естественно, что сумеречный свет, а также и свет Луны имеют такой же спектр, поскольку это лишь отражение солнечных лучей. Таким же будет и спектр света звезд, так как звезды не что иное, как далекие солнца. Но спектр полярных сияний - совсем другое дело. Там вместо непрерывной радужной полоски спектроскоп показывает ряд узких цветных линий на черном фоне. Такой спектр характерен для свечения разреженных газов. Например, ряды блестящих линий мы увидим, если направим спектроскоп на газосветные трубки, которыми пользуются для вывесок и реклам в наших городах.
Полярное сияние - световое явление, которое наблюдается далеко не везде и не всегда, однако систематические наблюдения посредством очень светосильных спектроскопов обнаруживают, что в свете ночного неба всегда можно заметить отдельные блестящие линии. Это означает, что в высоких слоях атмосферы всегда и всюду происходит слабое свечение. Это свечение можно обнаружить не только в дни сияний, но и в любой день; не только на северной стороне горизонта, но и по всему небу; не только в высоких широтах Арктики или прилегающих стран, но и по всему земному шару, включая жаркий экваториальный пояс.
Явление постоянного свечения воздуха до некоторой степени сродни полярным сияниям, однако оно не совпадает с ними и, будучи обусловлено другими физическими процессами, дает в спектре другие линии. Интенсивность этого свечения подвержена изо дня в день довольно значительным колебаниям, а это заметно отражается и на силе ночной освещенности.

5. Свет земных огней, рассеянный в атмосфере или отраженный облаками

Всем известно явление зарева - отражение света в небе, которое наблюдается над ярко освещенными городами и заводами. Его отблеск бывает виден на огромном расстоянии, что позволяет определять направление на крупные населенные пункты. Отраженный в небе свет может давать освещение Земли в местах, довольно отдаленных от самих источников света. Например, зарево над большими городами при облачном небе дает столько света, что даже на расстоянии 10-15 км от города становится заметно светлее. В ясную погоду, когда над городом нет сильно отражающего лучи облачного экрана, зарево бывает много слабее.
В военной обстановке большое значение имеет зарево пожара. Оно не только дает ориентировку, указывая направление на горящий поселок, но и хорошо освещает местность на большом расстоянии, уничтожая этим эффективность светомаскировки.
К чему же сводится общий эффект всех источников ночного освещения? Если отбросить временные или местные явления, вроде полярных сияний, зарева и лунных сумерек, то основных источников ночного света остается три: звезды, ночные сумерки и свечение воздуха. Их роль в освещении Земли меняется в зависимости от часа, сезона и места, но в среднем можно принять, что около 20% ночного света исходит от звезд, такая же доля приходится на ночные сумерки, а свечение воздушных слоев дает остальные 60%. Общий итог всех этих источников составляет около 1/1000 люкса. В ясную погоду этого уровня освещение достигает с окончанием астрономических сумерек и остается на нем в течение всей ночи. Впрочем, ночью иногда наблюдаются неправильные колебания освещенности, которая может внезапно повышаться в два-три раза и более. Повидимому, это связано с колебаниями свечения атмосферы. Появление облаков обычно сопровождается уменьшением ночного света, особенно летом, когда нет снега. Самые темные ночи бывают в пасмурную погоду, когда небо покрыто плотными облаками. В этом случае освещенность может опускаться до 1/10000 люкса и даже ниже.

Особенности ночного зрения

Ночью относительные различия в яркости предметов остаются такими же, как и днем. Прозрачность воздуха тоже не отличается от дневной. Поэтому ночью тот или иной предмет, близкий или далекий, выделяется на окружающем фоне так же резко, как и днем. Если же ночью мы его видим хуже, то это объясняется особенностями нашего зрения, мало приспособленного к ночному мраку; при слабом освещении оно работает очень плохо и не воспринимает того, что при ярком свете ему вполне доступно. Таким образом, причина резкого ухудшения видимости с наступлением темноты лежит в свойствах нашего глаза, который, будучи приспособлен к дневному свету, ночью ориентируется с большим трудом.
Основные различия в работе зрения днем и ночью сводятся к следующему:
1. Способность глаза замечать различия в яркости гораздо ниже ночью, чем днем. В этом заключается главная причина плохой видимости ночью. Если днем достаточно крупный предмет, яркость которого отличается от фона на 5-10%, видев вполне отчетливо, то ночью зрение неспособно его распознать, и он сольется с фоном в сплошное темное поле. Необходима разность яркостей не ниже 20-50%, чтобы в темную ночь различить предметы на окружающем фоне.
2. Сильно снижается острота зрения: тонкие линии, мелкие пятна или узкие промежутки между двумя фигурами становятся неразличимыми даже при очень высокой контрастности. Если днем пределом зрения считается угол в 0',5-1', то ночью этот предел повышается до 10-30'.
В таблице 6 показано, как меняются контрастная чувствительность глаза и острота зрения в зависимости от освещенности. При этом предполагается, что наблюдатель смотрит на белый фон, например, на снег.
3. Ночью зрение не различает цвета. Весь ландшафт, словно на фотографии, представляет собой лишь сочетание серых тонов разной яркости. Отсюда вполне правильная поговорка: "Ночью все кошки серы".
Эти особенности ночного зрения и являются причиной тех больших затруднений, которыми сопровождается наблюдение в темную часть суток. К тому же эти сильно пониженные качества нашего зрительного органа могут быть использованы лишь при некоторых условиях, о которых речь будет ниже.

Если из ярко освещенного помещения выйти в темноту, то сначала ничего не видно. Только спустя некоторое время зрение привыкает к темноте и начинает кое-что различать. Чем дольше человек находится в темноте, тем лучше он ориентируется. После часа пребывания в полной темноте способность глаза видеть слабый свет достигает почти предела, и дальше, если и увеличивается, то лишь очень незначительно.
Такое постепенное приспособление глаза к слабому ночному свету называется адаптацией. Причина его заключается в разных явлениях. Зрачок глаза может расширяться и сужаться. Каждому известно, что днем черная дырочка зрачка становится совсем маленькой, так что в глаз проникает мало света. Зато вечером, когда света не хватает, зрачок раскрывается, его отверстие становится шире и пропускает в глаз гораздо больше света. Однако сокращения и расширения зрачка происходят быстро, гораздо быстрее, чем происходит адаптация глаза, и, кроме того, они могут дать изменение в способности к восприятию слабого света не более чем в 20-25 раз. Поэтому главную причину адаптации надо искать в изменении световой чувствительности самой сетчатки.
Мы уже знаем, что изнутри глаз покрыт особой пленкой, состоящей из множества мелких ячеек - колбочек и палочек. Два типа этих ячеек значительно способствуют изменению чувствительности глаза. Колбочки приспособлены к восприятию яркого света и поэтому работают днем. Палочки, напротив, действуют ночью, когда свет слабый. Таким образом, в глазу у человека одновременно содержится как бы два различных аппарата: один для дня, а другой для ночи.
Не у всех животных глаза обладают таким свойством. Например, в глазу у кур и голубей есть только колбочки, и поэтому эти птицы с наступлением сумерек совсем перестают видеть (отсюда выражение "куриная слепота"). Напротив, у чисто ночных животных, как, например, у сов и летучих мышей, сетчатка состоит из одних палочек, поэтому они прекрасно видят ночью, но не могут пользоваться зрением днем.
Чувствительность палочек тоже непостоянна: чем дольше человек находится в темноте, тем более заметное раздражение вызывает слабый свет. Поэтому адаптация продолжается и после того, как закончилось раскрытие зрачка и переключение с колбочек на палочки.
Колбочки и палочки распределены по дну глазного яблока неравномерно. В центральной части преобладают колбочки, по краям палочки. Поэтому для дневного зрения наиболее четкое изображение получается для середины обозреваемого зрением поля.
Иначе обстоит дело ночью. Самые чувствительные места сетчатки лежат не в центре поля зрения, а несколько сбоку. Этим объясняется, например, такое явление. Наблюдатель пристально вглядывается в темноту, ожидая увидеть слабый огонь. Вот он заметил его, но не в той точке, куда смотрел, а несколько сбоку. Направил взор на огонь - ничего не видно, перевел обратно - опять что-то замечает. Наблюдатель приходит к выводу, что свет ему просто померещился. На самом же деле огонь действительно виден, но он настолько слаб, что его воспринимают только боковые части сетчатки. Поэтому, как только наблюдатель направляет взор прямо на огонь, он тотчас же исчезает. Отсюда следует, что так называемое "боковое зрение", при котором используются краевые части сетчатки, ночью выгоднее прямого зрения, хотя пользоваться этим боковым зрением мы не привыкли.
Если после долгого пребывания в темноте посмотреть на яркий свет, то приспособившееся к ночному свету зрение сначала отказывается работать: свет "режет глаза", вызывает слезотечение, и поэтому окружающее различается с трудом. Однако все это скоро проходит, и зрение начинает работать нормально. Здесь мы имеем перед собой обратную адаптацию - к яркому свету. Она состоит в том, что палочки выключаются, начинают работать колбочки и зрачок сужается.
Адаптация к темноте - медленный процесс, который длится часами. Адаптация к яркому свету, напротив, совершается в течение 1-2 минут. Отсюда понятно, какую опасность представляет собой яркий свет при ночном наблюдении; стоит посмотреть в течение короткого времени на ярко освещенный предмет, и адаптация к ночному свету будет утрачена, возобновление же ее потребует длительной затраты времени.

Правила ночного наблюдения

Из того, что было сказано об адаптации зрения, можно сделать следующие выводы для практики ночного наблюдения:

  1. Перед выходом на ночную вахту надо беречь глаза от яркого света. Лучше всего перед этим провести минут 20-30 в полутемном помещении, чтобы зрение привыкло к слабому свету.
  2. Пункт наблюдения должен быть совершенно темным, чтобы посторонний свет не мешал смотреть в темноту. Наблюдение с освещенного места в темноту недопустимо.
  3. Во время наблюдения надо избегать смотреть на яркий свет. Если около наблюдательного пункта происходят яркие вспышки (например, от орудийных выстрелов, ракет, направленного на наблюдателя луча прожектора), то следует стараться в момент вспышки закрывать глаза (при очень ярком свете лучше заслонять глаза рукой).
  4. Если наблюдатель пользуется освещением (например, для рассматривания карты, часов, компаса и других приборов), то это освещение должно быть настолько слабым, чтобы не нарушалось достигнутое состояние адаптации.
  5. Если наблюдателю приходится смотреть то на яркий свет, то в темноту, (например, если необходимо, наблюдая за темным ландшафтом, одновременно следить и за ярко освещенными приборами), то следует пользоваться попеременно то одним глазом, то другим. Например, можно смотреть на свет только левым глазом, закрывая правый глаз. В этом случае правый глаз сохраняет адаптацию к слабому свету, и поэтому им можно хорошо видеть в темноте, хотя левый глаз и будет ослеплен ярким светом. Конечно, такой способ наблюдения то одним, то другим глазом не особенно удобен и быстро утомляет, но в некоторых случаях он приносит большую пользу, особенно тем, кто предварительно натренировался в нем.
  6. При наблюдении очень слабых световых вспышек или дальних огней полезно уметь пользоваться "боковым" зрением. Для этого надо направлять взор не на ту точку горизонта, где ожидается свет, а несколько вбок от нее.

Соблюдая необходимые правила и надлежащим образом тренируясь в своем деле, ночной наблюдатель может значительно повысить эффективность своего ответственного дела.