Например: сколько звезд на небе видит человек невооруженным глазом? Сколько звезд на небе видит человек в телескоп того или иного диаметра? Сколько звезд на небе видит человек в городе, а сколько в горах? Сколько на берегу моря, а сколько в пустыне? А сколько звезд можно увидеть на фотографии, полученной тем или иным телескопом?
Астрономы могут ответить на этот вопрос, потому что все звезды, доступные и глазу, и маленькому и большому телескопу, давно пересчитаны, и их количество известно. Скажем, во многих книгах можно прочитать, что невооруженным глазом человек видит около шести тысяч звезд. Однако на самом деле точное число видимых звезд зависит от многих условий.
Если жить в большом городе и смотреть на небо невооруженным глазом, то в ясную погоду можно увидеть не более 150-200 звезд. Ночное небо в больших городах никогда не бывает абсолютно черным, оно всегда освещено фонарями и выглядит серогрязным. Даже в безоблачную погоду на нем заметно очень мало звезд. Около 100 – 150 звезд можно увидеть в центре большого города. Это самые яркие звезды, их называют навигационными. В эпоху до GPS штурманы кораблей и самолетов пользовались ими для определения направлений и географических координат. Они знали не все звезды на небе, а только самые яркие, которые бывают видны даже в плохих условиях, например, сквозь облачную дымку. Навигационные (или штурманские) звезды обычно видны в городе на фоне серого ночного неба.
Если уехать за город, то на уровне моря, где наблюдатель накрыт толстым слоем атмосферы, можно увидеть до полутора тысяч звезд. А чтобы увидеть те 6 тысяч звезд, о которых известно астрономам, надо найти высокогорную пустыню. В сухом горном воздухе можно увидеть максимальное количество звезд. Но и в этот раз над вами будет не 6, а 3 тысячи звезд, потому что одна половина небосвода видна, а вторая скрыта земной поверхностью. И только если подождать достаточно долго, отъехать к экватору и дождаться, когда Земля повернется на пол-оборота, можно увидеть остальные 3 тысячи звезд невооруженным глазом.
Все обозримые звезды делятся по своей видимой яркости (астрономы говорят – по блеску) на звездные величины. Древние греки разбили все звезды по яркости на 6 классов. Самые яркие – это звезды первой величины, чуть более блеклые – второй, затем третьей, четвертой и так далее. И еле заметные звезды назвали звездами шестой величины. Людям с очень острым зрением доступны звезды до седьмой величины. В горах на высоте 4 тысяч метров, где сухой и прозрачный воздух, при хорошем зрении некоторым удается увидеть звезды до восьмой звездной величины. Их не 6 тысяч, а несколько десятков тысяч. На большее наши глаза не способны, потому что они работают, как кинокамера. У зрения короткая экспозиция. Глаз человека в течение секунды делает примерно 10 – 12 кадров. А фотоаппарат может долго смотреть на небо и накапливать свет слабых звезд. Поэтому можно взять обычный фотоаппарат, настроить длительную экспозицию, и запечатлеть звезды почти до десятой звездной величины.
Но чтобы увидеть еще больше звезд, нужно воспользоваться телескопом. Чем больше диаметр объектива телескопа, тем менее яркие звезды видны. Самые мощные телескопы на сегодня имеют диаметр объектива около 10 метров. Такие телескопы могут накопить достаточно света, чтобы зарегистрировать звезды 28 – 29 звездной величины.
Звезда каждой последующей звездной величины, присылает к нам примерно в 2,5 раза меньше света, чем звезда предыдущей величины. То есть от первой величины до шестой — пять ступенек. Два с половиной в пятой степени – это 100. То есть потоки света от звезды первой величины, которая хорошо видна на небе, и от звезды шестой величины, которая с трудом выделяется на темном небе, различаются в сто раз. Приемник излучения человека — глаз — имеет колоссальный динамический диапазон. Глаз не перегорает от солнечного света и остается чувствительным к свету звезд. Нет ни одного прибора, который на это способен. Это свойство глаза остается загадкой для астрономов.
Еще более зоркими, чем наземные, являются космические телескопы. Им не мешает земная атмосфера. Свет звезд, проходящий сквозь атмосферу, меркнет, рассеивается. Около 20% света, проходящего через чистый воздух, теряется. На дне атмосферы мы получаем меньше света. К тому же, светится сама атмосфера. Живя на Земле, мы никогда не видим черного неба. Свет воздуха днем заряжается солнечной энергией, а ночью отдает ее в виде слабого света. Свечение атмосферы создает фон, на котором слабые звездочки остаются незамеченными. А если запустить телескоп в космос, на этом более темном фоне выявляются звезды до 30-й звездной величины.
Конечно, астрономы хотели бы сосчитать, сколько звезд во всей Вселенной. Но пока это невозможно. Этим подсчетам препятствует космическая пыль. Дело в том, что в пространстве между звезд есть очень разреженная межзвездная среда — газ и немногочисленные твердые частицы из графита и металла, которые в нем распределены. Газ прозрачен и не сильно мешает видеть вдаль. А вот пыль перехватывает свет далеких звезд.
На данный момент мы можем увидеть более или менее чистое пространство вокруг Солнца размером около 10 тысяч световых лет. А диаметр диска нашей Галактики — 100 тысяч световых лет. Значит, мы ясно видим примерно один процент нашей Галактики, но из косвенных соображений понимаем, что Галактика примерно одинаковая во всех частях. Мы считаем звезды вблизи, а потом экстраполируем это на всю Галактику в целом. Получается, что в ней около 200 миллиардов звезд. Большинство из них похожи на Солнце. 200 миллиардов – это та условная цифра, на которую мы сейчас ориентируемся. Ошибка может составить не больше 30%.
Но наша Галактика не единственная. Рядом с ней другие галактики. Некоторые больше нее, другие меньше. Таких галактик в обозримой области Вселенной около 100 миллиардов. В каждой галактике около 200 миллиардов звезд, а всего таких галактик около 100 миллиардов. Если перемножить эти два числа, мы получим 2·1022 (т. е. двойку с двадцатью двумя нулями). Точного названия для такой величины в математике нет: в одних странах ее назовут «двадцать триллиардов», в других – «двадцать секстиллионов».
С каждым годом наши телескопы видят все дальше, потому что световая сфера, то есть область, откуда к нам приходят лучи света, расширяется за год на один световой год. Поэтому очевидно, что звезд гораздо больше, чем известно на сегодняшний день, но мы ограничены сферой, доступной для наших телескопов. То есть мы видим звезды почти до края той Вселенной, которая нам доступна из-за конечности скорости света.
Владимир Сурдин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ
