Какого цвета небо? Почему небо голубое с точки зрения физики? Как выглядит Солнце с других планет

На далекой планете Осирис вы смогли бы полюбоваться зеленым закатом. На Земле таких закатов просто не бывает… Но не обязательно лететь так далеко, чтобы увидеть необычное небо. Оказывается, даже на планетах Солнечной системы оно может быть совсем разным - от абсолютно черного, усеянного звездами даже днем, до вечно пасмурного и рыжего. Давайте заглянем на некоторые планеты и узнаем, почему же так получилось.

Так может выглядеть закат на планете Осирис (модель).

Для начала стоит разобраться, почему днем на Земле мы видим голубое небо. Дело в том, что обычный солнечный свет - это на самом деле смесь света разных цветов. Каждый из нас видел радугу - она получается, когда солнечный свет проходит через мелкие капельки воды. Фиолетовый свет при этом идет в одну сторону, зеленый - немного в другую, а красный отклоняется еще сильнее зеленого, поэтому они разделяются. Если свет разных цветов в радуге смешать обратно, мы снова получим обычный белый свет. В нашей атмосфере свет рассеивается, и сильнее всего - синий и фиолетовый, а меньше всего - красный. Это значит, что красные и желтые лучи будут идти до нас почти не отклоняясь, а голубой, рассеиваясь, будет как бы “подсвечивать” всю нашу атмосферу, окрашивая ее в голубой цвет.

Желтые и красные лучи проходят через нашу атмосферу, почти не отклоняясь, а голубые - рассеиваются в разные стороны.

А вот на закате, когда Солнце оказывается низко над горизонтом, свету приходится пробираться через очень толстый слой воздуха, и тогда почти все цвета, кроме красного, начинают рассеиваться и даже поглощаться - это значит, что до нас они могут так и не добраться. Но красный оказывается самым стойким - он рассеивается меньше всего и доходит до нас почти без проблем. Именно поэтому на закате мы видим красное небо и красное Солнце.


На Марсе все наоборот - днем небо красновато-рыжее, а на закате или рассвете вблизи Солнца оно голубое. Красный оттенок небо приобретает из-за пыли, а голубой - из-за того же рассеивания света. Но давайте обо всем по порядку. Марс не зря часто называют Красной планетой - его поверхность как будто покрыта ржавчиной. И действительно, почва здесь содержит много оксидов железа - попросту говоря ржавчины. При этом Марс оказался очень пыльной планетой, и довольно большая часть такой “ржавой” пыли летает в атмосфере, окрашивая ее в красноватый оттенок. Атмосфера на Марсе гораздо тоньше земной, поэтому в хорошую погоду небо в зените более темное, чем на горизонте. Но при этом во время пыльной бури оно может стать даже коричневым. Из-за того, что марсианская атмосфера очень тонкая, свет не успевает сильно рассеиваться, проходя через нее. Только на закате и рассвете, когда свет проходит через более толстый слой атмосферы, голубой свет начинает рассеиваться, и тогда происходит примерно то же, что на Земле днем - небо окрашивается в голубой цвет.


Закат на Марсе

Меркурию не очень повезло - у него совсем нет атмосферы, и поэтому здесь мы бы увидели абсолютно черное небо, почти как в открытом космосе. А на Венере, наоборот, атмосфера слишком плотная, так что с ее поверхности не видно не только звезд, но даже Солнца. Небо днем всегда пасмурное, оранжевого или красного цвета.

Считается, что на Юпитере небо должно быть голубым, а если опускаться вглубь атмосферы - оно будет закрываться облаками разных цветов, в основном голубого, красного и коричневого. На Сатурне, скорее всего, небо тоже голубое, с желтыми облаками (поэтому, если погружаться в атмосферу - небо будет становиться все более желтым). У Урана и Нептуна атмосфера очень похожая, только у Нептуна она более синяя, а у Урана - голубовато-зеленая.

Такой снимок передал аппарат Венера-13 (это обработка старых черно-белых фотографий, основанная на вычислениях).

Теперь можно вернуться на планету Осирис. Она всего в полтора раза меньше Юпитера, и находится при этом в восемь раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу (вспомним, что Меркурий - самая близкая к Солнцу планета), один год здесь длится всего 3 с половиной земных дня. Оказалось, что у нее в атмосфере есть водяной пар и в этом паре - довольно много металла натрия. Натрий в атмосфере хорошо поглощает красный цвет, поэтому сама центральная звезда будет казаться голубой. А на закате голубой свет будет рассеиваться точно также, как и на Земле. Получается, что лучше всего будет проходить зеленый свет - именно поэтому закат будет казаться нам зеленым. Осирис находится очень близко к звезде, поэтому закаты здесь должны выглядеть особенно потрясающе - представьте себе огромный зеленый шар примерно в 20 раз больше Солнца, плавно заходящий за горизонт...

Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Солнце - то, без чего нельзя представить жизнь на нашей планете. Все мы любим вспоминать шикарные закаты и рассветы, от которых просто невозможно было оторваться. Но можем ли мы представить, как выглядит небесное светило на других планетах? Цифровые иллюстрации, созданные Роном Миллером (Ron Miller), который потратил десятилетия, изображая космические пространства, помогут нам в этом.

сайт предлагает совершить путешествие и узнать, как появляется Солнце на каждой из 8 других планет.

Меркурий

Меркурий отдален от Солнца на 60 млн км. Это 39 % расстояния от Земли до Солнца. А рассвет на Меркурии в 3 раза ярче, чем на Земле.

Венера

Солнце, которое «почти» видно с Венеры, находится на расстоянии 108 млн км (72 % расстояния от Земли до Солнца). Из-за густых газовых облаков оно там словно пятно в пасмурный день.

Марс

От Красной планеты Солнце находится на расстоянии 230 млн км, и это в 1,5 раза больше расстояния между Солнцем и Землей. Но увидеть его мешает не расстояние, а пыльные ветра, поднимающиеся до самой атмосферы.

Юпитер

А вот так выглядит Солнце с поверхности Европы, одного из спутников Юпитера. Юпитер находится дальше: расстояние занимает 779 млн км (что в 5,2 раза больше расстояния от Земли до Солнца). Солнечный свет, проходя через слои атмосферы, освещает его кольцом красного света.

Сатурн

Сатурн, пожалуй, одна из самых узнаваемых планет. Солнце от Сатурна разделяют 1,5 млрд км (расстояние в 9,5 раза больше, чем между нашей планетой и Солнцем), но светит звезда от этого не менее ярко. Лучи из-за кристаллов воды и газов преломляются, создавая невероятные оптические эффекты, такие как ореолы и ложные солнца.

Это удивительно, но это так.
Гора Шарп пятикилометровой высоты в центре кратера Гейла на Марсе была запечатлена марсоходом Curiosity с изменением баланса белого, чтобы сделать условия освещения такими же, как и на Земле. Получившийся снимок выглядит так:

Марс с голубым небом.

Следующий снимок горы тот, где цвета сбалансированы правильно.

И небо имеет другой, настоящий, светло-коричневый цвет. Это может обмануть зрительное восприятие, что создает трудности в обнаружении тонких деталей или особенностей, которые были бы очевидны здесь, на Земле. Так что иногда ученые немного экспериментируют с фотографий, чтобы стало легче их анализировать.

В данное время Curiosity впервые потерял связь с Землей из-за прохождения Марса за Солнцем и ученые могут взять заслуженный 28-дневный отпуск до мая.
Связь с аппаратом будет недоступна из-за помех, которые порождает солнечная корона. На борту марсохода все это время будут работать только два прибора из десяти: метеостанция и дозиметр.

Дозиметр собирает информацию о радиационной обстановке на поверхности Марса, а метеостанция предназначена для сбора метеорологической информации, в частности, влажности, температуре и давлении на «красной планете».

В последнее время марсоход получал все больше данных о наличии воды на планете.

Как мы, физики, знаем, цвет и яркость неба определяются не цветом "небесной тверди", а светом Солнца, рассеянным в атмосфере (Г.С. Ландсберг, Элементарный учебник физики. Том 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. §171. Цвет неба и зорь. с.402.) . Поскольку именно вещество атмосферы рассеивает и переизлучает свет Солнца, то яркость неба прямо пропорциональна количеству вещества в атмосфере, на котором рассеивается солнечный свет. Этот очевидный факт лежит в основе фотометрических методов исследования, например, концентрации веществ.


Общее количество вещества в атмосфере, определяющего цвет и яркость неба, легко вычисляется исходя из давления на поверхности. Рассмотрим участок поверхности, скажем, круг площадью 1м 2 , и представим себе цилиндр с вертикальными стенками, опирающийся на этот круг (на самом деле это будет усечённый конус, впрочем, несущественно). Вес газа, т.е. сила, с которой этот газ давит на опору, равна общей массе газа в этом конусе, умноженной на гравитацию. (Вообще-то, если строго, то надо учитывать изменение гравитации с высотой. Оценим, надо ли это учитывать или можно упростить вычисления. Радиус Марса возмём 3389,5 км - при подьёме на высоту 10 км гравитация упадёт всего на 0.6%, а при подъёме на высоту 100 км - на 5%, для Земли влияние ещё меньше в силу вдвое большего радиуса, а поскольку основная масса атмосферы как на Земле, так и на Марсе сосредоточена в первых 10 км, то изменением гравитации с высотой смело пренебрегаем и вместо интегрирования по высоте ограничимся банальным уможением.)

Однако эта же сила (давления конуса газа на опорную поверхность) равна давлению газа, умноженному на площадь. На поверхности Марса давление равно 6.1 мбар, в 162 раза меньше, чем на Земле. Гравитация (ускорение свободного падения) на поверхности Марса равна 3,711 м/с 2 , т.е. в 2,6 раза меньше, чем на Земле. Следовательно, газа в атмосфере Марса (по массе) в 62 раза меньше, чем на Земле.

Попробуем оценить количество молекул в атмосфере Марса. Основную часть атмосферы Марса составляет углекислый газ с молярной массой 44, а у воздуха (смесь азота и кислорода) - примерно 29. Следовательно, количество молекул, которые рассеивают свет, придавая цвет и яркость марсианскому небу, ещё в 1.5 раза меньше. Да, воздух и углекислый газ по-разному рассеивают и поглощают свет с разными длинами волн (особенно в ИК области; это свойство углекислого газа используется в оптических датчиках концентрации углекислого газа), но в видимом диапазоне принципиальной разницы нет, да и это уже неважно.

Кроме того, нужно учесть, что Марс находится от Солнца в полтора раза дальше, чем Земля, соответственно, освещённость Марса солнечным светом меньше земной в 2,32 раза. Если сравнивать яркость неба на Марсе с поверхностью Марса, то фактор удалённости от Солнца не надо учитывать, просто можно выдержку сделать в 2,32 раза больше, чем на Земле, чтобы получить нормальную экспозицию. А вот если сравнивать яркость неба на Марсе с яркостью звёзд, то тут уже придётся учесть и это. Итого яркость неба на Марсе относительно света звёзд, которые можно взять за эталон, будет в 140-215 раз меньше, чем на Земле (и это ещё без учёта ослабления света звёзд атмосферой - например, для Крымской обсерватории указывается средний коэффициент прозрачности атмосферы 0.73, а для Марса прозрачность атмосферы будет примерно 0.995).

Т.е. простые оценки показывают, что яркость неба на Марсе на 2 порядка меньше, чем на Земле, т.е. оно там практически чёрное. А вот какого цвета оно получится, если снять небо на Марсе, увеличив время экспозиции в 200 раз - не знаю, это уже совсем другой вопрос.

Собственно, эти оценки подтверждаются наблюдениями на Земле. Поскольку гравитация на Земле в 2,6455 раза больше, чем на Марсе, то аналогичное марсианскому количество атмосферного газа над головой, определяющее цвет неба, достигается при давлении 16 мбар на высоте 32 км. Вот слова Евгения Андреева, прыгавшего с высоты 25 км: "Перевернулся на спину, чтобы теплоотдача была меньше, и — вперед! Поразило небо густого чернильного цвета и звезды — близко-близко. Покосился через плечо вниз, а там голубизна, ярко-оранжевое солнце... Красотища!"

Вот фотография, сделанная на высоте 20 км:

Так что в атмосфере Марса слишком мало вещества, чтобы придать небу хоть какой-то отличный от чёрного цвет , поэтому небо на Марсе не голубое, не оранжевое, а практически чёрное с хорошо видимыми (человеческим глазом) даже днём звёздами . На фотографиях, на которых виден освещённый Солнцем грунт, звёзды не будут видны в силу малого динамического диапазона как фотоплёнки, так и полупроводниковых матриц, использующихся для фото- и видеосъёмки. (Когда NASA надо - будут видны .) Но на фотографиях, где грунт виден нормально, не переэкспонирован, небо должно быть практически чёрное, и лишь вдоль горизонта более-менее светлая полоса.

Не знаю, доставили ли США марсоход на Марс, или нет. Может и доставили, а настоящие снимки по каким-то причинам не хотят бесплатно предоставлять в общий доступ. Не могу знать. Но вот изображения, которые NASA выдаёт за снимки, сделанные на Марсе, и на которых небо не чёрного цвета - откровенная фальшивка.


Во-первых, невероятно светлое небо. Во-вторых, столь же невероятно затуманены горы. Для земной атмосферы картинка выглядит совершенно естественно, но не для разреженной в 60 раз марсианской атмосферы. Видеоролик Джерры Уайта

Мне очень стыдно за учёных, которым в нос суют откровенную лажу, а они никак на это не реагируют. Вдвойне стыдно за тех, кто покрывает ложь NASA, и тем более, пытается по этим фальшивкам чего-то там исследовать. Увы, Его Величество Доллар полностью вытеснил из науки понятия научной истины и достоверности.