ВОСПРИЯТИЕ ПРОСТРАНСТВА В КОСМОСЕ И В ЖИВОПИСИ. (ФИЗИКА. ПСИХОЛОГИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТЫ)
© Ю.М.Батурин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2008 г.
Качество и надежность оператора — летчика или космонавта — среди других факторов зависит и от восприятия им пространства, цвета и т. п., особенно в период адаптации космонавта к невесомости. Пространственное восприятие человека в условиях невесомости изучено недостаточно.
Оказывается, для постановки научных экспериментов по исследованию восприятия пространства в условиях микрогравитации полезен опыт изучения восприятия пространства в произведениях живописного искусства. Первопроходцем в этом направлении был друг и сотрудник С. П. Королева академик Б. В. Раушенбах, автор книги
«Пространственные построения в древнерусской живописи» (М., «Наука», 1975). Задача этого исследования возникла как чисто техническая – каким образом передать на плоском экране объемные конфигурации космических кораблей и их узлов при стыковке, которую космонавт контролирует не непосредственно, а на экране. Б. В. Раушенбах исходил из того, что перцептивное пространство, которое получается путем преобразования отражения на сетчатке системой восприятия человека (глаз/мозг) — это пространство Римана переменной кривизны. Кривизна положительна на больших удалениях от наблюдателя (эллиптическая геометрия), постепенно уменьшается по мере приближения к нему, а в непосредственной близости становится отрицательной (гиперболическая геометрия).
В связи с этим встает задача создания учебной карты Земли для космонавта, поскольку в первые часы и дни полета восприятие и узнавание тех или иных географических объектов затруднено. Это связано с тем, что если поверхность, например, цилиндра или конуса можно без искажений отобразить (т. е. развернуть боковую поверхность) на плоскость, то отобразить на плоскость поверхность сферы, сохранив расстояние между любыми двумя точками, не удастся. Даже часть такой поверхности не наклеишь на плоскость без складок и трещин.
Мореплаватели, эти «космонавты» прошлых веков, изобретали для себя особые карты. Широко известна проекция Меркатора, фламандского картографа XVI века: проколем глобус в северном и южном полюсах, а дырочки растянем так, что получится цилиндр; теперь остается разрезать его вдоль любого из меридианов и расстелить на столе. На такой карте вблизи полюсов искажения очень велики, в средних широтах поменьше. Но есть одно, для навигаторов полезное свойство: проведя прямую через любые две точки на карте, получим линию, образующую постоянный угол с параллелями и меридианами — линию постоянного румба. Для морской навигации сохранение углов очень удобно, т.к. наблюдаемый угол между любыми двумя ориентирами равен углу, измеряемому по карте. Такие карты можно строить также с помощью стереографической проекции.
Космонавты работают в условиях иных, нежели моряки, сохранять углы на карте не требуется, поэтому стереографическая проекция не годится.
Если бы мы рассматривали Землю с Луны, то с некоторым приближением получим ортографическую проекцию (проецирующие лучи почти параллельны). Ортографическая карта не сохраняет углов, но делает наглядной шарообразность Земли. Но если центр проекции находится на борту станции, летящей по орбите высотой 350—400 км, то о параллельности говорить не приходится. Чтобы понять. Какая карта будет наиболее адекватна, необходимо изучить геометрию пространства восприятия.
Физиологическая модель восприятия следующая. Сигнал от внешнего раздражителя (рассматриваемого объекта) попадает на сетчатку и зрительный нерв (образующие зрительный нерв аксоны располагаются непосредственно у сетчатки). Сетчатка «переводит» получаемый сигнал от внешнего раздражителя на «язык», понятный нервной системе. Переведенная или кодированная таким образом информация передается дальше в головной мозг. Хотя до некоторой степени зрительная информация обрабатывается еще при прохождении зрительного сигнала через сетчатку, осознаваемое зрительное ощущение возникает только в коре головного мозга.
При пространственной ориентации человека визуальные образы, формируемые мозгом, складываясь с информацией от других рецепторов (проприорецепторы), создают представление о положении тела в пространстве, причем в земных условиях зрительные образы превалируют.
Если заставить мозг решать заведомо нестандартные задачи, вызвать принудительную рефлекторную реакцию на противоестественный визуальный сигнал (стимул), мы создаем ситуацию сенсорного конфликта, в которой мозг не в состоянии однозначно воспринимать пространство. В качестве таких стимулов (визуальных помех) в предыдущих экспериментах на борту орбитального комплекса «Мир» (1998) и МКС (2002) использовались рисунки в стиле имп-арт («невозможные фигуры», ориентированные на пространственное восприятие) и оп-арт (зрительные иллюзии). Продолжение данной серии экспериментов выполнялось на МКС (2007).
Другая интересная задача – наблюдение подводных объектов с борта космического аппарата связана с поисками голландского художника М. К. Эшера в области цветной симметрии. (В геометрии известны такие операции симметрии как зеркальное отражение, поворот, перенос. Цветная симметрия получается, если ввести операцию «изменение цвета»). Эшер открыл, что задний план можно сделать эквивалентным переднему плану. Так, при наблюдениях из иллюминатора задний план — суша и водная гладь — становятся равноправными переднему плану — облакам. Это означает, что если всматриваться в земную поверхность, облачный покров, который находится ближе к космонавту, фактически становится «задником», фоном. Если задача — наблюдение подводных объектов, то появляется три типа фона, проявляющихся попеременно и в разных сочетаниях как на рисунках Эшера с цветной симметрией.
Проведенные в условиях космического полета эксперименты с восприятием специально отобранных тестовых объектов — произведений живописи — показывают плодотворность такого подхода.