Настоящая тёмная ночь позволяет увидеть невооружённым глазом до тридцати раз больше звёзд, чем под городским небом. Это не магия, а сочетание процессов в атмосфере и жёстких ограничений человеческого зрения. Когда искусственный свет исчезает, яркость фона резко падает, чувствительность глаза растёт, и тусклый купол превращается в плотное звёздное поле.

Городское освещение поднимает так называемое свечение неба — рассеянную пелену из фотонов, создаваемую рассеянием света в атмосфере. Эта пелена задаёт высокий уровень яркости фона. Слабый свет далёких звёзд на таком фоне просто не дотягивает до порога чувствительности глаза. В местах с по‑настоящему тёмным небом фоновая яркость падает на порядки, контраст между звёздами и небом резко возрастает, хотя поток света от самих звёзд остаётся тем же.

Внутри глаза в темноте включается другой режим: зрение переключается с дневного, основанного на колбочках, на ночное, в котором доминируют палочки. Палочки, содержащие родопсин, куда эффективнее улавливают отдельные кванты света при слабом освещении. Это повышает отношение сигнала к шуму для едва заметных точечных источников. Зрачок расширяется, зрительная система дольше накапливает фотоны во времени, и глаз начинает улавливать очень слабые стимулы без всякого увеличения.

Совместное действие более тёмного фона, возросшей контрастной чувствительности и ночного режима работы палочек сдвигает предел звёздной величины, доступной глазу. В ярком городе множество звёзд остаются ниже этого порога. Под по‑настоящему тёмным небом граница смещается так, что над ней оказывается в разы больше звёзд, хотя само физическое небо при этом не меняется.