viditelnost hvězd z vesmíru

[Jan Hollan <jhollan@amper....muni.cz>]

> Jsou při pohledu z kosmické rakety vidět hvězdy při pohledu směrem k
> zemi a při pohledu směrem do volného kosmického prostoru.Za odpověď
> předem děkuji.

To je dobrá otázka. Stručně řečeno je vidět lze, když se o to astronauti
stojí. Země přitom jen zabírá až polovinu ,,nočního nebe``; je taky
plná ,,umělých hvězd``, které nejsou od pánaboha, leda od ...

Následuje rozbor podrobný, který píšu i proto, abych si věc ujasnil a pak
ji dal na web (bude v http://amper.ped.muni.cz/jenik/letters/public/).

Abychom viděli nějaké hvězdy (rozumí se přírodní), musí být splněny
přinejmenším tyto dvě podmínky:

1) kontrast

Hvězdy musí mít dostatečný kontrast vůči svému bezprostřednímu okolí.
Takový při pohledu ze země nemají ve dne, kdy na vzduch nad námi svítí
slunce. Nemají jej ani těsně po západu slunce, neb i když to přestane
svítit rovnou na nás, svítí ještě nějakou dobu na vzduch výše nad zemí.
Praktickou hranicí, kdy je vzduch osvětlen tak málo, že už jasné hvězdy
vidět lze, je konec tzv. nautického soumraku (to proto, že námořníci tehdy
mohli začít měřit polohy hvězd a tedy i svých lodí), kdy je Slunce ve
směru dvanáct stupňů šikmo dolů.

Na zemi jsou dnes místa, kde i za čirého vzduchu (bezoblačného, bez mlhy
či kouře) a hluboké noci je těžké si nějakých hvězd na nebi povšimnout
(čili nějaké najít, až na několik nejjasnějších, které se na prázdném nebi
velmi těžko hledají. Je to vinou umělého osvětlování -- ovzduší je i beze
slunce osvětleno tak silně, že kontrast je i u jasných hvězd nedostatečný.
Ale i v Brně na Kraví hoře dopadá v noci z oblohy na zem dvě setiny luxu,
zatímco na konci přírodního nautického soumraku je by to byla jen setina
luxu... nad městem je hvězd vidět jen hrstka.

Kontrast je nepochybně problémem i při pohledu z vesmíru, neb se nelze
dívat jinak než přes nějaké okno. Okna ale nejsou nikdy uzpůsobena tak,
aby na ně nedopadalo žádné světlo ze Země (osvětlené Sluncem), ze Slunce,
nebo z nějaké osluněné části družice. A nejsou dokonale průhledná, nějaké
světlo se na nich vždy rozptyluje (přinejmenším na nečistotách na vnějších
površích). Pravděpodobně jsou tehdy natolik světlá, že přes ně hvězdy
vidět být nemohou. Jediná situace, kdy mohou být osvětlená zanedbatelně,
je ve stínu za noční stranou Země (mohou: když ani uvnitř kabiny se
nesvítí).

2) adaptace zraku na tmu

Slabá světla vidíme díky tomu, že se zrak umí skvěle přizpůsobit podmínkám
(množství světla, přesněji jasu scény) v rozmezí jedna ku jednomu miliónu.
Jen mu to dost dlouho trvá. Zhruba to zvládne tempem stmívání v naší
zeměpisné šířce, tj. od slunce pár hodin před západem do temné noci
potřebuje několik hodin. Jen pár jasných hvězd lze vidět už během čtvrt
hodiny poté, co člověk z osluněné krajiny vejde do planetária (hvězdy jsou
tam jasnější než doopravdy). Ve skutečnosti pokračuje adaptace na tmu
celou noc, proto je v přírodě napohled konec nautické noci mnohem
světlejší než její začátek.

Aby viděli hvězdy lidé z oběžné dráhy kolem země, museli by poté, co
vlétnou do stínu (tedy Slunce jim zapadne za okraj Země, postupně zbude
jen v dálce proužek osvětleného ovzduší, až nad zimní noční polokoulí
zmizí i ten) mít v kabině zhasnuto. Pak by už někde nad prostředkem noční
části Země mohli jasné hvězdy nad obzorem začít vidět (oběh trvá hodinu a
půl, čtvrt oběhu přes dvacet minut, to musí stačit), než by začalo dost
svítat, měli by vidět už celkem dost hvězd, Mléčnou dráhu ale asi ještě
leda dost špatně. Ideální je probudit se do takové půlhodinové noční fáze
letu po dlouhém spánku ve tmě (oči jsou tehdy na tmu úplně adaptovány).

Astronauti, kteří byli u nás na hvězdárně, říkali, že hvězdy ze svých lodí
nikdy neviděli. Zkrátka si zřejmě cíleně takové podmínky, aby je vidět
mohli, nevytvářeli, neměli to v programu a ani je to nenapadlo.


Závěrečné poznámky:

A) oslnění

Adaptace zraku na tmu není možná, je-li v zorném poli libovolný ne zcela
malinký povrch osvětlený přímo Sluncem. Vzpomeňme, jak velmi nás oslňuje i
takový ždibec, jako je kulatý Měsíc při pohledu ze Země. Ten přitom zabírá
jen jen stotisícinu scény, kterou v noci kolem sebe vidíme. Proto je např.
vyloučeno vidět hvězdy při pohledu z osvětlené části Měsíce, ač je nebe
nad Měsícem černé. Pokud tehdy člověk má v zorném poli kus osvětleného
měsíčního povrchu zvící více než řekněme setiny zorného pole (a svítící
tedy do očí asi sto luxy; tolik světla dá jediný osluněný předmět velký na
pohled jako píď na natažené paži), může zahlédnout nanejvýš Venuši. Kdyby
koukal z nějakého černého tubusu, do nějž světlo z Měsíce nedopadne, měl
by jej namířit i tak, aby v něm nebyla patrná Země -- ona bývá z Měsíce
padesátkrát silnější než Měsíc ze Země, svítí na měsíční povrch až
nějakými deseti luxy (proto vídáme ,,popelavý svit`` celého Měsíce, když
je osluněný jen tenoučký srpek).

B) jak oslnění zabránit

Ve vesmíru lze podmínky pro to, aby hvězdy byly vidět téměř kdykoliv,
vytvořit i uměle -- toutéž metodou, jakou používá Hubblův kosmický
fotoaparát (říká se dalekohled, ale nemá okulár) a další astronomické
družice. Je nutno hledět pryč od Slunce, a to ještě šikmo uříznutým
válcovým tubusem. Jeho delší strana musí odclonit všechno světlo
rozptýlené Zemí (či Měsícem, pro sondy obíhající kolem něj či pozorovatele
na Měsíci), takže se světlo od nich nijak nedostane na viditelnou vnitřní
část tubusu. Nevím o tom, že by se někdy někdo snažil takové zařízení pro
nerušené koukání do vesmíru použít.

C) oslňování noční stranou Země

Emise (zářivosti) nejhustěji osídlených oblastí Země do vesmíru dosahují
až jednoho miliwattu na metr čtvereční a steradián, tedy jasu až dvou
desetin kandely na metr čtvereční. Po pohledu na takovou plochu se
adaptace sítnice na tmu dost zhorší, nejjasnější hvězdy lze přesto
zahlédnout i vzápětí, když se pohled stočí na nebe (je to jako stočit tam
pohled od osvětlené vozovky).  Průměrný jas České republiky je z nebe
čtyři milikandely na metr čtvereční, asi tak velký, jako je jas noční
bezoblačné oblohy v Brně nad Kraví horou. Adaptaci sítnice na pozorování
slabých světel to ruší, projeví se to ale jen u slabých hvězd, Mléčné
dráhy, zodiakálního světla, polárních září apod. Pro plné využití toho, že
nebe může být při pohledu z vesmíru tmavší než ze Země (pozorovatel nad
sebou nemá svítící vzduch -- vzduch totiž vskutku slabě svítí, projevem
toho je, že nízko nad obzorem je nebe i na pouštích či oceánech
světlejší), je nutné mít i noční stranu Země za zády stejně jako Slunce.

D) Praktické zkušenosti

Hledáním na webu jsem dlouho nenašel žádné téměř zmínky o koukání na
hvězdy z oběžné dráhy kolem Země, jen dotazy a pak tři pozoruhodné snímky
jediného nadšence Dona Pettita, který z ISS fotografoval (viz položky
obsahující ,,stars`` v seznamu
   Linkname: NASA/Marshall 2003 Space Station Science Pictures of the Day
        URL: http://science.nasa.gov/ppod/archive.html ).

On se taky kolem díval a psal o tom, viz např. text
   http://spaceflight.nasa.gov/station/crew/exp6/spacechronicles9.html
 -- hvězdy a Mléčná dráha jsou zmíněny v předposledním odstavci.

Lidé hvězdy zřejmě běžně nad noční stranou Země vidí, ale moc se jim
nevěnují. Pořádně rozkoukaní většinou asi nebývají -- jen tehdy by mohli
využít výhody tmavšího nebe a toho, že hvězdy k obzoru neslábnou (jako u
nás, což nám brání např. pěkně vidět zajímavé věci ve Střelci), jen tehdy
by mohl být pohled na nebe fascinující. Ale dost omezený, okénka mají
nevelká. Louka či paseka v řídce osídlené oblasti, odkud nejsou vidět
žádné lampy ani světelné čepice nad lidskými sídly, nabízí běžně asi
pohled lepší.

O pohledu na nebe mluvil zajímavě výňatek z knihy Michaela Collinse
   Linkname: Reviews for Carrying the Fire: An Astronaut's Journeys
        URL:
http://www.amazon.com/gp/product/customer-reviews/081541028X/002-6378217-1397619

-- jde o zážitek z osamoceného čekání na Armstronga a Aldrina na oběžné
dráze kolem Měsíce. Roger D. Launius má o tom ve své recenzi následující
odstavec:

 ``Collins had an illustrious career as an astronaut. Chosen in the third
   group of astronauts in 1963, he served as backup pilot for Gemini VII,
   pilot for Gemini X, and command module pilot for Apollo 11. On that
   last mission he became the loneliest man in the universe when his two
   crewmates, Neil Armstrong and Buzz Aldrin, landed on the Moon while he
   remained in orbit around the Moon in the Command Module. In "Carrying
   the Fire" Collins writes of his solitude in lunar orbit in July 1969.
   As he disappeared on the backside of the Moon from Earth, he recalled,
   "I am alone now, truly alone, and absolutely isolated from any known
   life, I am it. If a count were taken, the score would be three billion
   plus two over on the other side of the moon, and one plus God only
   knows what on this side. I feel this powerfully-not as fear or
   loneliness-but as awareness, anticipation, satisfaction, confidence,
   almost exultation. I like the feeling. Outside my window I can see
   stars-and that is all. Where I know the moon to be, there is simply a
   black void, the moon's presence is defined solely by the absence of
   stars." He compared it to being in a skiff in the middle of the ocean
   with only the stars above and black water below. It proved a
   profoundly moving experience for him.''

Absence textů od astronautů o koukání na vesmír je asi symptomatická: jaká
asi část bohaté populace hledívá se zájmem na hvězdy ze země, a kolik by
bylo takových, kteří by na ně hleděli, i kdyby z nějakého důvodu přestali
vycházet z domu?  Faktem je, že lidé kroužící kolem Země koukají spíš dolů
na ni, to je něco pro pozemšťany skutečně nového (a takovou mívají i
práci), vč. řady jevů, které sice ze země vidět je, ale ne tak snadno a
často. Viz znovu články Dona Pettita:
   http://spaceflight.nasa.gov/station/crew/exp6/spacechronicles.html

s pozdravem
jh, hvězdárna v brně