Почему на снимках с Луны не видно звезд?

Краткий ответ: Съемка на Луне проводилась в условиях дневного освещения, а звезды намного тусклее поверхности Луны. Тем не менее звезды неоднократно снимались в ходе программы Apollo: с поверхности Луны через телескоп, установленный в тени лунного модуля, и с теневой стороны окололунной орбиты.

На многочисленных снимках и кинопленках, снятых астронавтами на Луне, совсем не видно звезд. Несмотря на то что на поверхности там практически вакуум и мы видим черное небо, никаких иных источников света, кроме Солнца и Земли, на лунном небе не заметно. Более того, и на многих современных кадрах из космоса, снятых с Международной космической станции, абсолютно черное беззвездное небо.

Это совершенно противоречит нашему ожиданию, ведь известно: чем выше в горы, тем больше звезд можно увидеть на ночном небе. Недаром крупные астрономические обсерватории строят как можно выше в горах. И весь наш опыт говорит о том, что в космосе должно быть бескрайнее звездное небо, которое все видели в «Звездных войнах», «Чужих», «Аватаре» и многих других фильмах и мультфильмах, на которых выросло не одно поколение.

Космос без звезд нам кажется ненастоящим, однако реальность не всегда соответствует нашим ожиданиям.

Если же говорить про обычные дневные снимки советских и китайских спускаемых аппаратов и луноходов, то и на них не видно звезд.

Разумеется, звезды в космосе видны, и можно найти в воспоминаниях и интервью многочисленные восторги космонавтов и астронавтов по поводу красоты и бесчисленного множества звезд. Ориентация по звездам входила в штатные средства управления кораблем Apollo, для чего на корабле специально имелся секстант (инструмент для навигации по звездам)

Телескоп, установленный на лунном модуле, позволял астронавтам определить расположение места посадки по звездным картам.

На многих космических аппаратах установлены звездные датчики для навигации и ориентирования в ходе полета. Звездные датчики — это простые фотокамеры, в памяти которых записаны яркие звезды и созвездия, помогающие определить, в какую сторону развернут аппарат. То есть не только космонавты, но и фотокамеры вполне способны увидеть звезды в космосе. Экипаж МКС любит снимать и выкладывать серии снимков с полярными сияниями, светом земных городов, вспышками молний в облаках и, конечно, звездным великолепием космоса.

В то же время некоторые космонавты и астронавты утверждают, что звезд не видели, но с уточнением, что речь идет о наблюдениях невооруженным глазом и в условиях дневного освещения.

Почему же на одних снимках звезды видны, а на других — нет? Почему кто-то в космосе видит звезды, а кто-то — нет?

Ответ кроется в разнице яркости Солнца и звезд, а также условий наблюдения и съемки.

Впервые этот эффект описал Юрий Гагарин во время своего полета в космос. Его наблюдения зафиксированы в стенограмме его рапорта с орбиты.

На солнечной стороне:

А сейчас через иллюминатор «Взор» проходит солнце. Немножко резковат его свет. Вот солнце уходит из зеркал. Небо, небо черное, черное небо, но звезд на небе не видно. Может, мешает освещение. Переключаю освещение на рабочее. Мешает свет телевидения. Через него не видно ничего.

Открыл светофильтр «Взор». Вижу горизонт, горизонт Земли выплывает. Но звезд на небе не видно. Земная поверхность, земную поверхность видно в иллюминатор. Небо черное, и по краю Земли, по краю горизонта такой красивый голубой ореол, который темнее по удалению от Земли.

На ночной стороне:

Внимание, вижу горизонт Земли. Очень такой красивый ореол. Сначала радуга от самой поверхности Земли, и вниз такая радуга переходит. Очень красивое, уже ушло через правый иллюминатор. Видно звезды через «Взор», как проходят звезды. Очень красивое зрелище. Продолжается полет в тени Земли. В правый иллюминатор сейчас наблюдаю звездочку, она так проходит слева направо. Ушла звездочка, уходит, уходит… Внимание, внимание: десять часов, девять минут, пятнадцать секунд. Вышел из тени Земли.

С тех пор ничего не изменилось — с ночной стороны Земли или Луны можно спокойно наблюдать и фотографировать звездное небо. На дневной стороне мешает яркий свет, к которому адаптируются наши глаза, и приходится настраивать фототехнику.

В случае космического полета ночным временем считается момент нахождения наблюдателя в тени космического тела. Вне земной атмосферы «ночью», подходящей для наблюдения звезд, может считаться любая тень, даже от космического корабля, при условии, что в поле зрения наблюдателя или в объектив фотокамеры или телескопа не попадает прямой или отраженный солнечный свет.

На околоземной орбите полярные сияния, свет городов, вспышки молний, кометы, планеты и звезды видны ночью — когда тень Земли перекрывает солнечный свет. Для съемки звезд в ночное время лучше всего подходит светосильный объектив, т.е. тот, который может захватить и сфокусировать на пленку или фотоматрицу много фотонов света. Также современные фотокамеры позволяют настраивать светочувствительность фотоматрицы на высокие значения ISO 24000 или даже больше. В 1970-е у фотографов был гораздо более скромный выбор пленки светочувствительностью от 32 до 250 единиц. Цветная пленка камер Hasselblad астронавтов Apollo имела светосилу 64–160 единиц, т.е. пленка была рассчитана исключительно для дневной съемки в условиях яркого освещения.

Даже если взять несветосильный объектив и пленку с низкой светочувствительностью, звезды все равно можно снять, если выставить длинную выдержку. Чем дольше мы проецируем свет через объектив на фотоматрицу или фотопленку, тем менее яркие источники света мы сможем снять. Но все старания пропадут впустую, если в кадре окажется сильный источник света: он просто засветит весь кадр.

Ярким источником света может быть не только Солнце. Это и освещенная солнечным светом лунная поверхность, и Земля, и освещенные Солнцем космические корабли и станции и космонавты с астронавтами. Поэтому, даже если на дневном кадре черное небо, вовсе не обязательно там будут звезды. К тому же в космосе — хоть на околоземной орбите, хоть на Луне — солнечный свет еще ярче привычного нам на Земле, примерно на 30%.

В условиях яркого освещения, наоборот, необходимо сокращать светосилу объективов, уменьшать светочувствительность и сокращать выдержку. Это лишит возможности запечатлеть слабые источники света, такие как звезды, зато позволит снять ярко освещенные объекты.

Все высадки по программе Apollo проходили в утреннее время суток, когда Солнце освещало поверхность под острым углом. Вся фототехника настраивалась на соответствующие условия, и подбиралась фотопленка для дневной съемки с низкой светочувствительностью. Астронавты снимали фотокамерами, закрепленными на груди, поэтому не могли использовать длинную выдержку для съемки звезд.

Несмотря на все сложности, астронавты Apollo неоднократно проводили астрономические наблюдения.

Лунному модулю Apollo 14 удалось попасть на серию фотографий вместе с Землей и Венерой. Также экипаж Apollo 16 смог сфотографировать с поверхности Луны восходящую над горизонтом планету Венера — третий по яркости объект лунного и земного небосвода. Хотя ее яркость сильно уступает Солнцу или Земле в лунном небе и она больше похожа на очень яркую звезду, но ни одна звезда не сравнится с Венерой в яркости.

Экспедиция Apollo 16 была подготовлена более основательно для астрономических наблюдений. В ходе этой высадки на Луну астронавты доставили телескоп, который регистрировал ультрафиолетовый свет от звезд и околоземной среды — плазмосферы. Данный эксперимент носил название Far Ultraviolet Camera/Spectrograph. Подробнее о нем рассказывается в главе «Какой фототехникой пользовались на Луне?».

Астронавты Apollo 17 провели свою съемку звезд во время орбитального полета вокруг Луны. Для астрономической съемки использовали камеру Nikon F с объективом 55 мм и черно-белой пленкой Kodak 3414. Камеру закрепили у иллюминатора командного отсека. Астронавты экспериментировали с выдержкой и вели съемку ночного неба со звездами, зодиакального света, окололунной среды и лунного терминатора (границей между освещенной и теневой сторонами Луны). Им пришлось устанавливать длительную выдержку — от 2 до 40 секунд, и при этом удалось снять только самые яркие звезды. На снимках различимы привычные созвездия, которые позволяют определить направление камеры и участок орбиты космического корабля во время съемки.

Также астронавты Apollo 17 проводили съемку астрономических объектов при помощи ультрафиолетового спектрометра, размещенного на командном модуле. Во время полета с Луны на Землю были получены спектры скоплений галактик Волос Вероники и Девы.

Эксперимент

Почувствовать себя лунным астронавтом и сфотографировать поверхность Луны, а также попытаться снять звезды может любой желающий. Для этого потребуется фотоаппарат с расширенными ручными настройками и желательно телеобъектив или хороший оптический «зум». Также потребуется штатив, хотя без него можно обойтись, надежно расположив фотоаппарат на какой-нибудь опоре или просто на подоконнике.

Эксперимент можно провести в любую ясную ночь, когда Луна освещена хотя бы наполовину. Лучше выбрать момент, когда на небе наш естественный спутник сблизится с какой-либо яркой звездой или планетой. Выбрать время можно с помощью программы Stellarium.

Свет Луны, который мы видим с Земли, — это отраженный солнечный свет. То есть нам светит дневная поверхность Луны, которая практически такой же яркости, какую наблюдали астронавты Apollo. Чтобы сфотографировать Луну с видимыми деталями поверхности — морями и кратерами, нам потребуется выставить на фотоаппарате настройки, которые обычно используются для дневной съемки — например ISO 200 и выдержка 1/250 секунды. Это примерно тот же самый режим, который использовали лунные астронавты и используют современные космонавты на околоземной орбите в дневное время. Попытка снять звезды в таком режиме ни к чему не приведет: кадры будут полностью черные, и даже обработка в Photoshop ничего не даст — яркость звезд слишком мала. Чтобы сфотографировать звезды, нам придется повышать либо ISO, либо выдержку. Если ISO не менять, как происходило во времена Apollo, яркие звезды начнут появляться на снимках при выдержке около одной секунды или более, т.е. лунная дневная поверхность в 250 раз ярче видимых звезд. Если с такими настройками попытаться сфотографировать Луну, то мы получим белый сияющий круг, потому что вся ее поверхность будет засвечена отраженным светом.