Вы здесь
Мир не такой, какой он есть. Он такой, каким мы его видим
Ольге Пугач, коллеге оптику посвящается
В моем университетском дипломе записано, что я радиофизик-электроник. Или электронщик? Черт его знает, русску языка очень сложен. Распределен был в закрытый институт, где то ли крепил щит родины, то ли точил ее меч, работая над системой радиоэлектронной борьбы и защиты авианосного соединения, то бишь практически по специальности. Затем ушел на вольные хлеба в гражданскую наладку, но под конец своей 35-летней карьеры наладчика широкого профиля вернулся к электромагнитным волнам, занялся атомной спектроскопией! Увлекательнейшая была работа.
К чему сие вступление? К тому, что нынешнее полнолуние астрологи называют «безумной Луной», считают особым и толкуют о его сильнейшем влиянии на жизнь людей. Они рекомендуют избегать авантюр, следить за своим психическим состоянием и контролировать ревность к любимым и близким. Пишут даже, что вечером 7 мая нельзя употреблять алкоголь. Впрочем, они всегда пишут странные вещи, а уж во времена эпидемии и карантина психическое состояние многих действительно внушает опасения.
Поэтому поговорим о Луне и том, как мы видим ее и не только ее. Оптика – всего лишь раздел физики. Помню, вечером 29 августа (жил тогда в Бруклине, год 2015, кажется) деревянный мостик через Шипсхед-Бей заполонили китайцы с мощными камерами-пушками. В ожидании суперлуны. А нынче мы ожидаем окончания пандемии – вспоминаю те благословенные времена и сетую: ох уж эти вездесущие китайцы!
Ах, эта Луна! Где я не буду никогда. Она прекрасна! Она романтична. Без нее наши ночи потеряли бы большую часть очарования – и были бы попросту темны. К тому же имеется гипотеза, что именно ей мы обязаны появлением жизни на земле – за счет приливов. Но к делу.
Термин суперлуние – астрологический, точного астрономического определения он не имеет, просто королева ночи проходит в это время свой самый-самый перигей. Как известно из школьного курса астрономии, у нее эллиптическая орбита, к тому же с переменным эксцентриситетом, то есть меняющая свою форму. Поэтому в перигее расстояние до Земли колеблется от 356400 до 370400 км, а чем ближе Луна, тем она, понятное дело, эффектнее. Выдающееся суперлуние состоялось 14 ноября 2016 г., но в 1948 г. Луна была еще на 50 километров ближе!
Если же обойтись без превосходных степеней, то ничего особо выдающегося не наблюдается, хотя много ли человеку надо? При суперлунии Селена всего лишь на 14% больше в диаметре и (это уже существеннее) на 30% ярче, чем в апогее (микролуние), а по сравнению с рядовым полнолунием разница и того меньше. Поэтому вернемся к нашим китайцам.
В тот вечер им немного не повезло, суперлуна восходила медленно, тяжело, грозно прячась в мрачных облаках, и хороший кадр приходилось выжидать – много народу с камерами высыпало в тот вечер на набережные залива. Но в целом зрелище выглядело эффектно и даже драматично: величественная кроваво-красная спутница Земли пробивается сквозь тучи, багровая лунная дорожка дрожит на волнах, рыба бесится и выпрыгивает из воды, немного тревожно на душе и того и гляди, ведьмы промчатся над головой! И лишь поднявшись повыше, она залила мир серебром и снова стала романтичной покровительницей влюбленных.
Но вот какая беда (мы переходим ко второй части нашего оптического балета) – суперлуние это всего лишь иллюзия! Оно лишь у нас в головах. Стоит взглянуть через объектив – и на экране камеры высвечивается обычная, ничем не примечательная Луна. Лишь чуть более яркая и крупная, чем обычно. Измерения с помощью теодолита и фотографии Луны на различной высоте над горизонтом показывают неизменность размера, а проекция ее диска на сетчатку невооруженного глаза всегда имеет размер около 0,15 мм. Значит, реальный мир отличается от того, который мы видим? Почему?
Потому что человек видит не глазами, они лишь объективы, приемники света, передатчики данных, а мозгом. А уже тот, обрабатывая полученную визуальную информацию, рисует нам картину мира, причем так, чтобы она была полной и непротиворечивой, для чего увязывает перспективу и расстояния, домысливает недостающие детали. Ибо это жизненно важно – для выживания. Мозг принимает сигналы через оптический нерв, но они не образуют картинку, как в телевизоре. Не столь уж хороши наши фотоприемники. В глазу есть слепое пятно там, где оптический нерв крепится к сетчатке, а единственная часть вашего поля зрения с хорошим разрешением – это узкая площадь в 1 градус зрительного угла вокруг центра сетчатки, шириной в большой палец вытянутой вперед руки. То есть, исходный сигнал является низкокачественной картинкой с дыркой в ней.
К счастью, мозг способен обрабатывать сигнал, сочетая информацию от обоих глаз, заполняя слепые промежутки (исходя из того, что свойства соседних участков похожи), и собирая картинку воедино (интерполируя). Более того, считывая двухмерный поток данных с сетчатки, он создает ощущение трехмерного пространства. Другими словами, мозг создает модель видимого мира. Но бывают случаи, когда перспектива его подводит, он неверно оценивает соотношение размеров объектов и заставляет нас видеть то, чего на самом деле нет, а то, что есть, видеть не так. Так и возникают оптические иллюзии наподобие огромной, золотистой вечерней луны, парящей низко над горизонтом, которую так любят показывать в фильмах, мультфильмах и на романтических фотографиях.
Мало того, ошибка нашего восприятия столь велика, что перекрывает реальное уменьшение Луны у горизонта! Со времен Аристотеля распространено заблуждение, что больший размер Луны объясняется влиянием атмосферы. В действительности же рефракция, наоборот, немного уменьшает наблюдаемый размер по вертикали и не влияет на горизонтальный, отчего лунный диск виден приплюснутым. Есть и еще один фактор: расстояние до Луны у горизонта больше на величину земного радиуса, чем когда она в зените, и ее видимый размер уменьшается на 1,7%.
Самый простой способ продемонстрировать иллюзорность эффекта – подержите монетку на вытянутой руке, прикрыв при этом один глаз. Сравнивая ее размер с большой Луной у горизонта и с маленькой высоко в небе, увидите, что относительный размер не изменяется. Можно сделать из листа бумаги трубку и смотреть только на Луну, без окружающих объектов – иллюзия исчезнет.
Однако, несмотря на все наше супер-пупер развитие и ракеты, бороздящие просторы Большого театра, полного объяснения этой особенности человеческого восприятия до сих пор не существует. В ходу несколько теорий: о роли конвергенции глаз (Боринг, Судзуки), теория кажущейся удаленности (впервые описана у Клеомеда ок. 200 г. н. э.) и теория относительного размера (Эббингауз). Последняя кажется наиболее убедительной. Согласно ей воспринимаемый размер зависит от величины остальных объектов в поле зрения. При наблюдении Луны близко к горизонту мы видим не только ее, но и другие объекты, на фоне которых она кажется больше, чем на самом деле. Затем, когда наш спутник поднимется выше и засверкает серебром, ее размеры существенно уменьшаются, и мы не хотим верить, что это не так, что какой Луна была, такою и осталась (и даже чуть увеличилась). Настолько мы привыкли доверять своим глазам. Напрасно. Мозг способен и не на такие фокусы и Луна еще что, и призраков порой видят, и НЛО и Деву Марию…
Правда, противники этой теории говорят, что пилоты самолетов тоже наблюдают иллюзию большой Луны, хотя в их поле зрения наземных объектов нет, но тут имеются сомнения. Специально же поставленные эксперименты позволили количественно сравнить влияние различных факторов, предлагавшихся для объяснения. Да, конвергенция глаз влияет на изменение размера, но очень слабо – изменение всего в 1,04 раза. В то время как наличие линии горизонта (это уже теории кажущейся удаленности и относительного размера) приводит к субъективному изменению размеров диска чаровницы ночи в 1,3-1,6 раз, причем величина изменения зависит от особенностей ландшафта.
Вот так. Но, в общем, как говорил классик, «есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, это науке неизвестно». 2002 г. Хелен Росс и Корнелис Плаг выпустили книгу «Загадка лунной иллюзии», в которой, рассмотрев различные теории, сделали вывод: «Ни одна теория не победила». К тому же решению пришли авторы сборника «Лунная иллюзия», выпущенного в 1989 году под редакцией М. Хершенсона. С чем всех и поздравляю.