№11 ноябрь 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

За пределами атмосферы

В. Борисов, О. Георгиев

Любуясь яркими красками вечернего неба, красотой и величием окружающей нас природы, мы не задумываемся над тем, что это неразрывно связано с легкой газовой оболочкой Земли - ее атмосферой. А между тем совсем иная картина открылась бы перед нами, если бы не светорассеивающая среда. В пейзаже преобладали бы контрасты между ослепительной яркостью солнца и непроницаемой темнотой самого космического пространства.
Такие космические пейзажи уже неоднократно описывались в художественной и научной литературе. Но ни одна картина, предвосхищенная учеными или нарисованная воображением писателя, не может быть столь живой и яркой, как та, которая возникает при непосредственном эмоциональном восприятии. Именно поэтому рассказы Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова волнуют больше, чем любая фантастическая картина. Нам понятен возглас первого космонавта, увидевшего в иллюминатор Землю и космическое пространство "Красота-то какая!"

Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации

В рассказах космонавтов много интересного и неожиданного. Замечательное видение Земли с огромной, трехсоткилометровой высоты; краски, непривычные для земных пейзажей; резкая смена картин природы в зависимости от положения космического корабля относительно Солнца и Земли - все это, увиденное человеком в первом космическом полете, может найти определенное научное объяснение.

ГЛАЗ И СОЛНЦЕ

Солнце, как образно говорил Гете, создало глаз. Появление глаза знаменовало замечательный скачок в процессе эволюции животного мира. Живые организмы могли теперь лучше приспособиться к различным условиям жизни, проще ориентироваться в пространстве и легче находить себе пищу. Глаз же человека - это окно, через которое в головной мозг поступает богатая информация об окружающем мире.

Все живые обитатели на нашей планете приспособлены к определенному световому режиму. Одни требуют больше света, другие - меньше. Но у каждого орган зрения защищен от прямого попадания солнечного света. У человека глаза заключены в глазницу (как и у большинства высших животных). В природе редки живые организмы, у которых глаза были бы, скажем, на макушке, то есть встречали прямой солнечный свет. Лишь золотая рыбка "небесное око", выведенная в Китае, имеет глаза, устремленные вверх. Но ведь она создана в искусственных условиях и к тому же защищена от прямого воздействия солнечного луча слоем воды.

Человек обратил лицо к Солнцу. Но долго ли может он на него смотреть? Оказывается, всего несколько десятков секунд. Менее одной минуты достаточно для того, чтобы при взгляде на Солнце повредить глаз. Но так долго ему и не придется смотреть на светило. Ибо в действие, помимо воли человека, вступает специальный физиологический механизм, предохраняющий глаз на свету резко суживается зрачок, непроизвольно смыкаются веки. Если бы не такая реакция организма, то в результате действия видимых и инфракрасных лучей солнечного спектра глаз быстро бы сказался поврежденным.

Каков же механизм опасного влияния Солнца на глаз? Многим приходилось наблюдать, как в яркий солнечный день мальчики с увлечением выжигают на дереве различные изображения, фокусируя тоненький пучок солнечного света линзой. Хрусталик нашего глаза представляет собой своеобразную линзу, которая фокусирует свет на сетчатку глаза. След, оставляемый лучом на сетчатой оболочке глаза, может привести к омертвению нервных клеток. Это происходит из-за резкого повышения температуры. Тканевая жидкость "взрывообразно" закипает, что, по мнению некоторых ученых, и является непосредственной причиной нарушения тканевых структур глаза. Так, известен случай повреждения глаза у астронома Риттера, неосторожно наблюдавшего солнечное затмение через плохо закопченное стекло. Выпавшее поле зрения по своей форме соответствовало солнечному диску во время затмения.

ЗА ПРЕДЕЛАМИ АТМОСФЕРЫ

Это на Земле. А за пределами земной атмосферы опасность повреждения глаза возрастает, так как усиливается действие солнечного излучения, не рассеиваемого атмосферой. На Земле его интенсивность в зените приблизительно на 50 процентов меньше, чем в космическом пространстве вблизи нашей планеты. Атмосфера Земли почти полностью задерживает наиболее вредные для глаза ультрафиолетовые лучи.

В космосе Солнце предстает перед взором космонавта как блестящий, окруженный темнотой диск. Если астронавт, приспособившийся к темноте космического пространства, посмотрит на яркое Солнце, он может ослепнуть.

Вероятность повреждения незащищенного глаза возрастает еще и потому, что при переводе взора от темного пространства к Солнцу расширенный зрачок не успевает сузиться, и обычный естественный защитный механизм окажется ослабленным.

Для ожога сетчатой оболочки глаза в космическом полете в районе Земли достаточно воздействия прямого солнечного света в течение очень короткого времени, всего лишь доли секунды.

Опасность солнечной радиации для глаза в космическом полете будет зависеть от орбиты полета корабля. Если космонавт направится к планетам, удаленным на большие расстояния от Солнца, чем Земля, например, в район Марса, Юпитера, Плутона, то опасность солнечного ожога уменьшится. В то же время при полете к планетам, расположенным к Солнцу ближе Земли (Венера, Меркурий), где радиация значительно больше, время безопасного наблюдения Солнца должно уменьшаться. Однако известный астробиолог Стругхольд и астроном Риттер считают, что это рассуждение не совсем справедливо. По их теоретическим расчетам, величина ожога будет изменяться обратно пропорционально расстоянию от Солнца, время же, в течение которого можно будет наблюдать за светилом, останется тем же самым.

В настоящее время еще трудно сказать, при каком удалении от Солнца оно перестанет повреждать сетчатую оболочку при непосредственном наблюдении. Кстати, повреждение глаза может быть обусловлено солнечной радиацией не только вс время полета, но и при высадке на тела, лишенные атмосферы, например, на Луну. Там условия видимости близки к тем, которые могут быть во время космического полета в околоземном пространстве.

ОЧКИ КОСМОНАВТА

Как защитить глаза космонавта от избытка солнечной радиации? Прежде всего с помощью светопоглощающих или светорассеивающих очков. Такие очки могут быть автоматически регулируемыми (в зависимости от яркости освещения).

Резкие контрасты между освещенными и затемненными предметами могут возникать и в самой кабине. Это понизит остроту зрения космонавта и может помешать егo работе, и в первую очередь наблюдению за приборами. Автоматические, рассеивающие свет очки помогут космонавту, таким образом, ориентироваться в кабине в условиях чрезмерно контрастного освещения. Некоторые ученые предлагают использовать с этой же целью систему зеркал, которые рассеивают свет, проникающий в кабину.

В будущем, после высадки человека на Луне, в потолках и окнах "лунных домов" можно будет прокладывать светорассеивающие стекла. Специальные оптические устройства - светорассеивающие козырьки, прикрепленные к шлемам космонавта, как полагают, позволят имитировать даже свет голубого неба. Эти козырьки будут играть не только защитную роль, но и создавать условия видения, в какой-то мере близкие к земным.

"БЕЗОРИЕНТИРНОЕ ЗРЕНИЕ"

В момент вхождения корабля "Восток" в тень Земли Ю. А. Гагарин на короткое время перестал видеть как нашу планету, так и звезды. В поле зрения не было никаких ориентиров. Наступили условия так называемого безориентирного зрения, которые могут встречаться во время высотных полетов и на самолетах. При этом эффективность зрения падает и иногда возникают различные иллюзорные ощущения.

Специалисты в области физиологической оптики установили, что в условиях безориентирного зрения глаз оказывается сфокусированным не для дальнего видения, а на какое-то относительно небольшое расстояние. В связи с этим человек становится как бы близорук, и значительно затрудняется оценка расстояния до видимых предметов.

В орбитальном полете вокруг Земли космонавты ощущали вращение космического корабля благодаря перемещению звезд в иллюминаторе. Разумеется, если бы во время полета они не смотрели в иллюминатор, никакой информации о вращении корабля они бы не получали и космонавтам казалось бы, что корабль находится в состоянии покоя.

Любопытно сравнить наблюдения Гагарина с особенностями зрительного восприятия человека во время быстрого передвижения по Земле.

Они сводятся к тому, что предметы, наблюдаемые человеком в движении, перемещаются с различной угловой скоростью. Далекие звезды и Луна из-за этого кажутся почти неподвижными. Они как бы сопровождают нас, когда на них смотришь из окна движущегося поезда. Те же предметы, которые расположены близко от наблюдателя - телеграфные столбы, деревья,- быстро мелькают перед глазами. Поэтому у путешественника, смотрящего в окно, складывается весьма своеобразное ощущение движения. В романе "Жизнь Клима Самгина" Горький поразительно точно определил это ощущение. Маленький Клим, впервые ехавший по железной дороге, глядел в окно и чувствовал себя как бы центром, вокруг которого вращается мир по ту сторону окна...

Следует считаться с возможностью таких ощущений и у космонавтов, наблюдающих в полете картину звездного неба.

ЗЕМЛЯ ИЗ ОКНА ИЛЛЮМИНАТОРА

Как мог Ю. А. Гагарин с высоты 300 километров отчетливо различать на Земле большие реки, пашни, береговую линию, острова в океане? Основываясь на данных физиологической оптики, это установить не трудно. Можно более или менее точно рассчитать способность различения космонавтом земных объектов в зависимости от расстояния корабля до Земли.

Наши глаза - это своеобразный оптический инструмент. Человек с хорошим зрением способен различать две раздельные точки в том случае, если угловое расстояние между ними равно одной минуте. Только в этом случае изображения падают на два различных светочувствительных элемента глаза. А теперь приведем результат элементарного расчета для определения наименьшего размера объекта, который можно было бы заметить с расстояния 300 километров, то есть наибольшего удаления корабля "Восток" от Земли. Оказывается, если расстояние до предметов равно 300 километрам и угол, под которым они различаются, составляет 1 минуту, то расстояние между ними на Земле должно быть 90 метров, или размер предмета должен составлять ту же величину. Иначе говоря, Гагарин мог различать на Земле два предмета, если расстояние между ними было не меньше 90 метров, или предмет, который имел не меньший размер.

Этот расчет справедлив для оптимальных условий видения, то есть для идеальной прозрачности атмосферы и достаточного контраста между объектом наблюдения и фоном. Однако оптические помехи, голубой ореол атмосферы и другие факторы, очевидно, снижали видимость. Но если даже считать, что они ухудшали видимость в три раза, то и тогда реки шириной в 300 метров были уже отчетливо видны и представлялись в виде узких полосок.

Но увидеть еще не значит отчетливо различить. Чтобы узнать и рассмотреть детали предмета, недостаточно угла, равного одной минуте. Он должен составить не менее 5 минут. А это значит, что для различения с корабля "Восток" острова площади его должна уже составить многие квадратные километры. Отчетливая же видимость в полете береговой линии была обусловлена значительным контрастом между водой и сушей, а также высокой отражающей способностью водной поверхности.

Очевидно, что в дальнейшем, используя различные инструменты, увеличивающие разрешающую способность глаза и устраняющие многие помехи, человек легко сможет наблюдать из космического пространства за Землей и на более далеком расстоянии. При этом источники яркого света с Земли, вероятно, могут быть даже использованы для сигнализации космическим кораблям.

Читайте в любое время

Другие статьи из рубрики «Архив»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее