Небо
пространство над поверхностью астрономического объекта Из Википедии, свободной энциклопедии
Небо — пространство над поверхностью Земли или любого другого астрономического объекта. В общем случае — панорама, открывающаяся при взгляде с этого объекта в направлении космоса.
Земное небо
Суммиров вкратце
Перспектива
Вид земного неба зависит от времени суток, времени года и основной погоды. На нём часто видны облака и спутник Земли — Луна. Вид земного неба из самолёта, летящего над дождевыми облаками, может существенно отличаться от его вида в это время с земной поверхности.
Безоблачные дневные небеса окрашены в голубой цвет. Во время восхода и заката Солнца на небе появляются оттенки жёлтого, оранжевого и красного цветов, а изредка можно увидеть и зелёный луч.
Ночью голубой и синий цвет неба сменяется тёмно-синим, см. далее. Могут быть отчётливо видны Луна, звёзды, и прочие астрономические объекты. Звёздное небо — совокупность светил, видимых ночью или в сумерках на небесном своде.
Безоблачное дневное небо выглядит синим, потому что воздух, а точнее взвешенные частицы и флуктуации плотности в нём, рассеивают коротковолновый (синий) свет сильнее длинноволнового (красного). Благодаря этому, если посмотреть на участок небес вне солнца, мы увидим голубой цвет — результат смешения большого количества синего и фиолетового цвета и малого количества других цветов. Рассеянием света объясняется и красный цвет заката. Во время заката и рассвета световая волна проходит гораздо больший путь в атмосфере по касательной к земной поверхности, нежели днём по вертикали. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света уходит в стороны, в то время как прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небеса вблизи горизонта, окрашиваются в красные тона.
Рассеяние и поглощение — это главные причины затухания света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает Рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния обратно пропорционален четвёртой степени длины волны. При больших значениях отношения диаметра частицы к длине волны рассеяние меняется согласно теории Ми; когда же это отношение больше 10, начинают работать законы геометрической оптики.
В представлениях древних, небо и земля (у древних греков — Уран и Гея, у древних египтян — Нут и Геб) являлись прародителями богов и стихий.
Цвет и яркость неба в разных условиях
Суммиров вкратце
Перспектива
Яркость неба в зависимости от времени суток, высоты, направления, положения Солнца, влажности, содержания пыли и аэрозолей, подвержена значительным колебаниям. Яркость дневного неба на одной высоте, обусловленная только рассеянием света, может меняться почти на два порядка[1][2]. Приведём некоторые значения яркости на уровне моря.
| Яркость неба на уровне моря | ||
| Высота | Видимая яркость | Пояснение |
|---|---|---|
| ☉ | до 20 000 кд/м² | Чистое небо у горизонта при высоте Солнца 30° и прозрачности атмосферы p = 0,80[3] |
| 10 000 кд/м² | Дневное небо покрыто светлыми облаками[4] | |
| ☉ | 8120 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 60° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64[5] |
| ☉ | 5170 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 60° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74[5] |
| ☉ | 3080 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64[5] |
| ☉ | 2270 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74[5] |
| ☉ | 1490 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и повышенной прозрачности атмосферы p = 0,83[5] |
| ☉ | 790 кд/м² | Чистое небо в зените при высоте ☉ 10° и прозрачности атмосферы p = 0,80[6] |
| ☉ | ок. 1 кд/м² | Небо во время полного солнечного затмения (затмение 2008 года)[7] |
 |
ок. 0,005 кд/м² | Небо в полнолуние[8] |
 |
0,01—0,0001 кд/м² | Ночное тёмно-синее небо[4][5] |
С высотой яркость неба снижается, цвет его с поднятием смещается от голубого к синему, а затем к фиолетовому цвету. Это объясняется последовательностью рассеяния света толщей атмосферы по спектру от коротковолнового излучения к длинноволновому, то есть верхние слои атмосферы рассеивают невидимые УФ-лучи, пониже рассеиваются фиолетовые лучи, ещё ниже синие и затем голубые лучи[9]. Если бы наша атмосфера была потолще, то безоблачное дневное небо могло быть белёсым с зеленоватым оттенком, ещё толще — жёлтым, оранжевым (как как на спутнике Сатурна Титане и на Венере, см. Внеземные небеса) и красным. Эти оттенки можно видеть во время зари, как сказано выше.
Если небо покрыто облаками, тучами, дымкой, туманом и другими явлениями, то с высотой яркость в целом падает неравномерно, ступенчато, на отдельных участках может возрастать, например на выходе из тучи. Чистое небо уменьшает свою яркость более плавно, почти экспоненциально[10]. До высот 100—110 км яркость падает примерно в 2 раза на 4—5 км[11], свыше 100 км снижение яркости замедляется и всё больше зависит от люминесцентного свечения атомов в ионосфере[12].
Небо в зените в середине гражданских сумерек, яркость преувеличена
Известно, что бывавшие в стратосфере люди описывают небо как очень тёмное, почти космическое, с удивлением не обнаруживая на нём звёзд[13][14][15]. Швейцарский учёный Огюст Пиккар в начале 1930-х годов рассчитывал увидеть звёзды уже при подъёме на 15—16 км[16]. После полётов на стратостате FNRS-1 он сделал вывод, что крупные звёзды могут быть видны на высотах не менее 20—25 км[17], но и эти высоты недостаточны. Проведённые позже измерения и расчёты показали, что истинная яркость дневного стратосферного неба соответствует довольно светлым ранним сумеркам и полному солнечному затмению, видимость первых звёзд невооружённым глазом сдвигается ближе к мезосфере. Тем не менее до сих пор в развлекательной литературе и в научных источниках имеются утверждения о полноценном ночном небе днём на высотах 20—30 км с возможностью ориентироваться там по звёздам[18]. Воспоминания Героя Советского Союза, полковника Е. Н. Андреева, совершившего вместе с с П. И. Долговым прыжок из стратосферы с высоты 25 458 м: «Перевернулся на спину, чтобы теплоотдача была меньше, и — вперёд! Поразило небо густого чернильного цвета и звезды — близко-близко. Покосился через плечо вниз, а там голубизна, ярко-оранжевое солнце... Красотища!»[19].
Наблюдаемая и фотографируемая темнота зенита в стратосфере обусловлена резким контрастом его с Солнцем, небом у горизонта и освещёнными поверхностями шара с кабиной[20][21], а также пониженной чувствительностью человеческих глаз к синему и фиолетовому свету в дневных условиях. Сложности полёта и кислородное голодание могут ещё понизить восприимчивость глаз к свету. В сумерках же чувствительность к синему свету увеличивается (эффект Пуркинье)[22] и у человека есть много времени привыкнуть к снижению освещённости и увидеть цвет неба.
Подобный эффект тёмного неба и кажущейся близости космоса можно наблюдать и сфотографировать на самолёте, в горах, а иногда и на уровне моря при высокой прозрачности воздуха, когда синий цвет неба «забивается» очень ярким отражённым свечением облаков, заснеженных горных склонов и застеклённых зданий.
В начале 1950-х годов существовало обратное преувеличение яркости высотного неба из-за несовершенных ракет с измерительными приборами и отсутствия возможности опровергнуть это прямыми наблюдениями. Тогда считалось, что после 35—40 км яркость неба перестаёт снижаться и до 135 км составляет 1—3% от наземной или примерно в 10 тысяч раз больше ночного фона, что объяснялось мощным дневным люминесцентным свечением верхних слоёв атмосферы[10][23][24][25]. В дальнейшем это не подтвердилось[26][27].
В следующей таблице приведены убывающие с высотой средние значения яркости безоблачного неба в зените при положении Солнца 30—35 градусов над горизонтом. Показано сравнение вида неба с сумерками, которое имеет место в научной литературе. В сумерки Солнце погружается на определённый угол за горизонт, небо как при взлёте темнеет и постепенно появляются всё менее яркие звёзды. Однако надо заметить, что даже в хороших условиях наблюдения в сумерки люди чётко видят звёзды с отставанием на 1,5 звёздные величины от указанной пороговой[28]. А в условиях заатмосферного полёта, когда сильный солнечный свет и освещённая поверхность вызывают сокращение зрачков и не дают глазам переключиться на ночное зрение, дневная видимость звёзд даже на космических высотах и на Луне очень ограничена[29].
В дополнение указаны некоторые явления, которые своей яркостью могут помешать наблюдать звёзды не только в стратосфере, но и в мезосфере, и за линией Кармана.
| Яркость безоблачного неба в зените на различных высотах при положении Солнца 30—35° над горизонтом | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Высота | Наземные сумерки и пороговая звёздная величина[# 1] | Видимая яркость | Примечания, факты и субъективные впечатления | ||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 150 км |  |
от 0,000003 кд/м² [2][30] |
150—160 км — небо становится чёрным[31][32]: яркость приближается к минимальной различаемой глазом яркости 1⋅10-6 кд/м²[4]. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 140 км | ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ | Полярные сияния на высоте 90—400 км имеют яркость до 1 кд/м²[33][34] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 130 км |  |
от 0,000005 кд/м²[35] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 120 км | от 0,00001 кд/м²[35] | Свыше 100 км дневная видимость звёзд равнозначна ночной[28]. | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 110 км | от 0,00003 кд/м²[35] | Фоновая яркость Млечного Пути около 0,0004 кд/м²[36] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 100 км | Airglow –15° 5,6 зв. вел. | 0,00044 кд/м² при высоте ☉ 35°[28] |
Тёмно-буро-фиолетовый цвет, яркость приближается к ночной 0,01—0,0001 кд/м²[1][37] Максимум собственного свечения атмосферы[38]. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 90 км | –11° 5,0 зв. вел. | 0,0025 кд/м² ☉ 35°[28] | Небо как в лунную ночь, когда у него яркость около 0,005 кд/м²[8] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 80 км | NLC –9° 4,5 зв. вел. | 0,015 кд/м² ☉ 35°[28] | Летом могут быть серебристые облака с яркостью до 1—3 кд/м²[39] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 70 км | –7° 3,8 зв. вел. | 0,086 кд/м² ☉ 35°[28] | Видны два десятка звёзд до 2-й звёздной величины[8] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 60 км | –6° 3,2 зв. вел. | 0,323 кд/м² ☉ 35°[28] | Небо в зените соответствует окончанию гражданских сумерек. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 50 км | –5° 2,6 зв. вел. | 1,4 кд/м² ☉ 35°[28] | Видны планеты и звёзды до 1-й звёздной величины[8] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 км | –4° 1,9 зв. вел. | 4,74 кд/м² ☉ 35°[28] | Небо как в начале синего часа. Яркость снега в полнолуние 5 кд/м²[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 30 км | –3° 1,1 зв. вел. | 18,3[28]; 20 кд/м² или 1/120 наземной[37] |
Пурпурно-чёрный цвет[40][41]. В северном полушарии невооружённым глазом ни одной звезды не видно, иногда могут быть видны самые яркие планеты (Венера, Марс, Юпитер, очень редко Сатурн)[28] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 25 км | 40 кд/м² ☉ 30°[9] | Максимальная высота перламутровых облаков 25—27 км. | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 22 км | Цвет тёмно-синего сукна при свете кварцевой и обычной ламп[14][15] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 21 км | Перламутровые облака | Чёрно-фиолетово-серый, чёрно-серый цвет. Звёзд не видно[13][42][43] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 км | Тёмносине-фиолетовый, чёрно-фиолетово-серый цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 19 км | 74,3 кд/м² ☉ 30°[20] | Тёмнофиолетовый тёмный, чёрно-фиолетово-серый цвет[42] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 18 км | –2°[28]–0,3зв.вел. | [44] 100 кд/м²☉30°[9] | Покрытый чернилами чёрный бархат; небо как в солнечное затмение[45] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 17 км | Тёмно-фиолетовый[46]; тёмно-тёмно-фиолетовый цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 км | Тёмнолиловый[47], тёмно-тёмно-фиолетовый, аспидно-серый цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 15 км | Тёмно-синий, фиолетовый, почти чёрный[47]; чёрносиний цвет[13] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14 км | Тёмно-синий[47]; чёрносиний цвет[13] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 км | Тёмнофиолетовый цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 км | –1°[48] | 280 кд/м² (11,6 км)[49] | Тёмно-синий цвет[42] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 11 км | Тёмно-синий цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 км | Перистые облака | 392 кд/м² (10,4 км)[50] | Выше 10—15 км небо становится тёмнофиолетовым[51] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 9 км | Тёмно-синий цвет[13][42] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 км | 0°[48] | 441 кд/м² (8,4 км)[49] | Тёмно-синий цвет[13][42]. Может быть видна Венера[28] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 км | Яркость падает почти экспоненциально в 2 раза на 4—5 км[10][11] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 км | 770 кд/м² (5,5 км)[50] | После 5 км в воздухе мало водяных паров[52]. | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 км | Сине-голубое небо[53]. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 км | Сине-голубое небо[53] | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 км | +5°[48] | св. 1000 кд/м²[9] | Интенсивность свечения неба примерно в 2 раза меньше наземной[10] | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 км | Кучевые облака | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 км | ☾ | Яркость Луны при взгляде с поверхности 2500 кд/м²[4] | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 0 км | +30° | 2230 кд/м² | Яркость зенита при средней прозрачности и высоте Солнца 30°[50]. | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Высота | Наземные сумерки[# 1] | Яркость | Примечание | ||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
Фотогалерея
Весь небосвод
Небо с лёгкой облачностью
Небо с грозовыми облаками
Во время восхода Солнца
Ночное небо с Луной и облаками
Белая ночь. 00:48. Северодвинск
Красный закат на озере Тургояк
Небо туманным утром
Марсианское небо на закате
См. также
Примечания
Литература
Ссылки
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.