Потому что земная атмосфера лучше всего рассеивает свет в голубом спектре.
На других космических объектах составы атмосфер отличаются от земной либо отсутствуют вообще, поэтому и небо на других планетах существенно отличается. На Луне , Меркурии и Плутоне атмосферы нет. И ничто не рассеивает лучи света. Поэтому небо на этих небесных телах черное и звезды там очень яркие.
На Венере атмосфера есть, и она не рассеивает зеленые и синие лучи. Поэтому небо на Венере желтого цвета, у горизонта имеет серый оттенок, а в зените оранжевого цвета.
Марсианское небо желто-оранжевого цвета. Это потому что в атмосфере планеты много пыли красного цвета. Во время захода и восхода солнца небо на Марсе розового цвета, а на горизонте переходит от фиолетового до голубого.
Цвет неба Сатурна , как и на Земле голубого цвета. И так же как и на нашей атмосфера не рассеивает красную часть солнечного света.
Небо Урана имеет аквамариновый цвет. Причиной тому - состав атмосферы планеты. Она в основном состоит из водорода, гелия и малой доли метана. Атмосфера отражает голубые и зеленые лучи и поглащает красные, что и создает красивый цвет неба.
На Нептуне небо синего цвета. Все потому, что в атмосфере преобладает большое количество газа метана, который сильно поглащает красный спектр.
Газовый гигант - Юпитер . Атмосфера планеты состоит из сплошных плотных облаков. И цвет облаков изменяется в зависимости от высоты: самые верхние - красные, потом белые и коричневые, а самые нижние - голубые.
Мы все привыкли, что цвет неба — характеристика непостоянная. Туман, облака, время суток — все влияет на окраску купола над головой. Ежедневная ее смена не занимает умы большинства взрослых, чего нельзя сказать о детях. Они постоянно интересуются тем, почему небо голубое с точки зрения физики или что окрашивает закат в красный. Попытаемся разобраться в этих не самых простых вопросах.
Переменчивое
Начать стоит с ответа на вопрос о том, что, собственно, небо представляет собой. В древнем мире оно виделось действительно как купол, накрывающий Землю. Сегодня, однако, вряд ли кто-то не знает, что, на какую бы высоту ни поднялся любопытный исследователь, достичь этого купола он не сможет. Небо — это не вещь, а, скорее, панорама, которая открывается при взгляде с поверхности планеты, некая видимость, сотканная из света. Причем если наблюдать из разных точек, оно может выглядеть иначе. Так, из поднявшегося над облаками, открывается совсем иной вид, чем с земли в это время.
Ясное небо — голубое, но стоит набежать облакам — и оно становится серым, свинцовым или грязно-белым. Ночное небо — черное, иногда на нем можно заметить рыжеватые участки. Это отсвет искусственного освещения города. Причина всех подобных изменений — свет и его взаимодействие с воздухом и частичками различных веществ в нем.
Природа цвета
Для того чтобы ответить на вопрос о том, почему небо голубое с точки зрения физики, нужно вспомнить о том, что представляет собой цвет. Это волна определенной длины. Свет, идущий от Солнца к Земле, видится как белый. Еще с экспериментов Ньютона известно, что представляет собой пучок из семи лучей: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Цвета отличаются длиной волны. Красно-оранжевый спектр включает волны, наиболее внушительные по этому параметру. части спектра характеризуются короткой длиной волны. Разложение света на спектр происходит при столкновении его с молекулами различных веществ, при этом часть волн может быть поглощена, а часть — рассеяна.
Исследование причины
Многие ученые пытались объяснить, почему небо голубое, с точки зрения физики. Все исследователи стремились обнаружить явление или процесс, который в атмосфере планеты рассеивает свет таким образом, что в результате до нас доходит только голубой. Первыми кандидатами на роль подобных частиц были и воды. Считалось, что именно они поглощают красный свет и пропускают голубой, а в результате мы видим небо синего цвета. Последовавшие за этим подсчеты, однако, показали, что того количества озона, кристаллов льда и молекул водяного пара, которое есть в атмосфере, недостаточно для придания небу голубого цвета.
Причина в загрязнении
На следующем этапе исследований Джоном Тиндаллом было высказано предположение, что роль искомых частиц играет пыль. Синий свет обладает наибольшей стойкостью к рассеиванию, а потому способен пройти сквозь все слои пыли и других взвешенных частиц. Тиндалл провел эксперимент, подтвердивший его предположение. Он создал в условиях лаборатории модель смога и осветил ее ярким белым светом. Смог приобрел голубой оттенок. Ученый сделал однозначный вывод из своего исследования: цвет неба определяется частичками пыли, то есть если бы воздух Земли был чистым, то над головами людей светились не голубые, а белые небеса.
Исследование лорда
Окончательную точку в вопросе о том, почему небо голубое (с точки зрения физики), поставил английский ученый, лорд Д. Рэлей. Он доказал, что не пыль или смог окрашивает пространство над головой в привычный для нас оттенок. Дело в самом воздухе. Молекулы газа поглощают большую и в первую очередь самые длинные волны, эквивалентные красному. Синий при этом рассеивается. Именно так и сегодня объясняется то, какого цвета небо мы видим в ясную погоду.
Внимательные заметят, что, следуя логике ученых, купол над головой должен быть фиолетовым, поскольку именно у этого цвета самая короткая длина волны в видимом диапазоне. Однако это не ошибка: доля фиолетового в спектре значительно меньше, чем синего, да и глаза человека более чувствительны именно к последнему. По сути, видимый нами голубой — результат смешения синего с фиолетовым и некоторыми другими цветами.
Закаты и облака
Все знают, что в разное время суток можно увидеть разный цвет неба. Фото красивейших закатов над морем или озером — прекрасная иллюстрация этого. Всевозможные оттенки красного и желтого в сочетании с голубым и темно-синим делают подобное зрелище незабываемым. А объясняется оно все тем же рассеиванием света. Дело в том, что во время заката и рассвета солнечным лучам приходится преодолевать гораздо больший путь сквозь атмосферу, чем в разгар дня. При этом свет сине-зеленой части спектра рассеивается в разные стороны и облака, расположенные у линии горизонта, становятся окрашенными в оттенки красного.
Когда небо заволакивают облака, картина совершенно меняется. не в силах преодолеть плотный слой, и большая часть их просто не достигает земли. Лучи, сумевшие пройти сквозь тучи, встречаются с водными каплями дождя и облаков, которые вновь искажают свет. В результате всех этих превращений до земли доходит белый свет, если облака небольшие по размеру, и серый, когда небо закрывают внушительные тучи, вторично поглощающие часть лучей.
Иные небеса
Интересно, что на других планетах Солнечной системы при взгляде с поверхности можно увидеть небо, сильно отличное от земного. На космических объектах, обделенных атмосферой, солнечные лучи свободно достигают поверхности. В результате небо тут черное, без какого бы то ни было оттенка. Такую картину можно увидеть на Луне, Меркурии и Плутоне.
Марсианское небо имеет красно-оранжевый оттенок. Причина этого кроется в пыли, которой насыщена атмосфера планеты. Она окрашена в разные оттенки красного и оранжевого. Когда Солнце поднимается над горизонтом, марсианское небо становится розовато-красным, при этом участок его, непосредственно окружающий диск светила, видится голубым или даже фиолетовым.
Небо над Сатурном того же цвета, как на Земле. Над Ураном простираются аквамариновые небеса. Причина кроется в метановой дымке, расположенной в верхних планеты.
Венеру от глаз исследователей скрывает плотный слой облаков. Он же не позволяет дойти до поверхности планеты лучам сине-зеленого спектра, поэтому небо здесь желто-оранжевое с серой полоской вдоль горизонта.
Исследование дневного пространства над головой раскрывает не меньше чудес, чем изучение звездного неба. Понимание процессов, протекающих в облаках и за ними, помогает постичь причину довольно привычных для обывателя вещей, которые, тем не менее, объяснить с ходу может далеко не каждый.
Всем известно, как Солнце выглядит с поверхности Земли. Достаточно просто посмотреть на небо и увидеть сияющий диск, который находится на расстоянии 149,6 миллиона километров от нас. Представить, как выглядит Солнце с других планет Солнечной системы, несколько сложнее. Работы художников и фотографии помогут тем, кому недостаточно собственного воображения. На них вы увидите Солнце таким, как оно появляется на небесах семи планет Солнечной системы и «карлика» Плутона.
Меркурий
«Маринер-10» первый космический аппарат, достигший Меркурия (19751976 год). David Seal | NAS
Венера
Вторая планета Солнечной системы удалена от Солнца на 108 миллионов километров. Если смотреть на Солнце из-под сернокислотных облаков венерианской атмосферы, звезда смотрится как тусклое светящееся пятно. Солнце на Венере кажется на 50 % больше, чем на Земле.
Магеллан (США) межпланетная станция, впервые осуществившая подробное радиолокационное картографирование Венеры, и продолжившая исследование, начатое аппаратами «Венера» (СССР) за 6 лет до этого. David Seal | NASA
Марс
На пыльном небе Красной планеты Солнце кажется намного меньше, чем на Земле. Марс расположился в 227,9 миллиона километрах от Солнца в 1,5 раза дальше от звезды, чем наша планета. Закаты на Марсе .
Закат на Марсе. NASA
Юпитер
Вид Солнца с Европы, одной из лун Юпитера. Юпитер находится в 778,5 миллиона километрах от Солнца, что в 5 раз больше расстояния между Землей и нашей «родительской» звездой. На Европе Солнце кажется в 5 раз меньше, чем на Земле. На изображении Юпитер собирается закрыть своим диском звезду.
NASA/JPL-Caltech
Сатурн
Уран
Уран седьмая планета от Солнца, в 19 раз дальше от звезды, чем Земля.
«Вояджер-2» первый и единственный аппарат, достигший Урана (1986 год). David Seal | NASA
Нептун
Полюбуемся на Солнце с Тритона, одной из лун Нептуна. Нептун самая дальняя планета Солнечной системы. Облака пыли и газа, которые выплевывает мощный криогейзер на Тритоне, частично затмевают крошечное Cолнышко, которое в 30 раз меньше, чем на Земле.
Однажды мы уже говорили о том, почему цвет земного неба голубой днём и чуть красный на закате или восходе . А какого цвета небеса на других планетах? Какими мы увидим Солнце, если полетим на какую-нибудь другую планету нашей Солнечной системы? Сегодня мы совершим большое и очень интересное путешествие по планетам Солнечной системы, слетаем на некоторые интересные спутники планет и посмотрим на разные внеземные небеса. Полетели!
Начнём с Меркурия. Меркурий – чрезвычайно жаркий мирок, потому что он находится очень близко к Солнцу, и у него нет атмосферы, прикрывающей его от солнечного зноя. Отсутствие атмосферы и определяет то, как выглядит небо Меркурия. Звёзды на Меркурии видны только ночью, днём их не видно из-за того, что Солнце светит очень ярко и затмевает своим блеском звёзды.
Существует очень интересная особенность меркурианского неба. Раз в меркурианский год в течение примерно 8-ми дней солнце в небе Меркурия сначала останавливается, а потом начинает двигаться в другую сторону. Через восемь дней солнце опять останавливается, а потом возобновляет своё обычное движение.
Как выглядит небо Венеры?
Атмосфера Венеры настолько плотная, что через её толщу днём на небе нельзя разглядеть Солнце, а уж звёзды ночью и подавно никто не увидит. Советские зонды серии «Венера» передали несколько цветных снимков с поверхности. Судя по ним, небо на Венере тёмно-оранжевого или красного цвета. Подробнее о Венере можно почесть .
Марсианское небо
Атмосфера Марса очень тонкая, в 20-30 раз (в зависимости от того, что мы считаем границей атмосферы) тоньше земной. Однако она очень пыльная и поэтому рассеивает много света. Это приводит к тому, что днём небо на Марсе почти такое же светлое, как на Земле, и звёзд на нём не видно. Но ночью, конечно, звёзды будут видны.
Цвет марсианского неба отличается от цвета земного неба. Во время заката и рассвета часть неба рядом с Солнцем голубая, а остальное небо приобретает розовый цвет. Днём марсианское небо будет жёлто-оранжевого цвета. Считается, что на цвет неба на марсе влияет два фактора. Во-первых, атмосфера Марса очень тонка, поэтому свет не рассеивается так сильно, как это происходит на Земле, и небо не окрашивается в голубой цвет. Оранжевый цвет небу придаёт пыль, богатая оксидами железа.
Оксиды железа – это то, из чего состоит ржавчина на каком-нибудь металле. Помните, какого она цвета? Правильно – желтого с красным. Вот примерно такого цвета пыль и летает в атмосфере на Марсе. Пыльной атмосфера становится потому, что там часто бывают пылевые бури, и много пыли не успевает осесть.
Юпитер
Человечество, к сожалению, ещё не получило фотографий сделанных внутри атмосферы Юпитера. Так что звание конструктора космического аппарата, получившего первые снимки юпитерианской атмосферы, пока никому не досталось. Имейте это в виду, когда задумаетесь, чем вы займётесь в жизни.
Скорее всего, фотографии спускаемых на Юпитер аппаратов покажут, что небо на Юпитере голубое, хотя и гораздо темнее, чем на Земле, так как освещённость здесь в среднем в 27 раз слабее. С погружением в атмосферу Солнце будет закрываться облаками разных цветов: в основном голубыми, коричневыми и красными. Ещё пока никто не дал чёткого объяснения цветам юпитерианской атмосферы (об этом также вспомните при выборе профессии). Существует много гипотез, объясняющих такие цвета, но окончательный ответ будет дан только после того, как на Юпитере побывает какой-нибудь космический аппарат и возьмёт там пробы «воздуха». У Юпитера есть несколько колец, состоящих из пыли и крошечных астероидов. Эти кольца могут быть заметны с широт, находящихся далеко от экватора. Кроме того, в небе Юпитера можно будет увидеть несколько лун: Ио, Европа, Каллисто и Ганимед. Самой заметной из них будет Ио: с Юпитера она покажется чуть больше нашей земной Луны.
Сатурн
Небо Сатурна может оказаться самым впечатляющим. Состав атмосферы Сатурна таков, что небо у границы атмосферы должно казаться голубым и желтеть с погружением вглубь. Все газовые планеты имеют кольца, но в отличие от других, Сатурн – обладатель самых заметных и больших колец. Они очень хорошо видны из верхних слоёв атмосферы.
Представьте себе огромную серебряную дугу, состоящую из множества тонких колец и проходящую через всё небо. В серебряных кольцах иногда посверкивают маленькие блёстки, особенно на восходе или закате. После захода солнца эта серебряная лента ещё продолжает быть освещённой Солнцем.
Интересно, что толщина колец всего километр, поэтому с экватора Сатурна их почти не видно. Словом, на Сатурне стоит побывать, и если туда когда-либо попадёт человек, то он никогда не разочаруется в увиденном.
Уран
Уранианское (именно так по правилам русского языка звучит прилагательное от существительного «Уран») небо должно иметь очень красивый голубовато-зелёный, аквамариновый цвет. Землю называют голубой планетой, хотя на самом деле из космоса она более кажется белой, нежели голубой, из-за наличия белых облаков в атмосфере. Подлинно голубой планетой в Солнечной системе является Уран.
Таким удивительным цветом планета обязана составу своей атмосферы. В верхних слоях атмосферы присутствует немного метана, который очень хорошо поглощает красный свет, а отражает голубой и зелёный. Поэтому верхние слои атмосферы будут светло-голубого цвета, а при движении вглубь небо будет темнеть и краснеть. У Урана тоже есть своя система пылевых колец, но вряд ли их можно будет разглядеть даже из верхних слоёв атмосферы, поскольку они очень разреженные и тёмные.
Нептун
Атмосфера Нептуна очень похожа по составу на атмосферу Урана, но небольшие различия в пропорциях газов приводят к тому, что цвет внешних слоёв атмосферы синее. О том, что происходит при движении вглубь атмосферы, нам остаётся только догадываться.
Известно тринадцать спутников Нептуна. Наибольший из них – Тритон - будет казаться чуть крупнее нашей Луны; следующий за ним по размеру Протей будет в половину меньше. Остальные луны Нептуна малы и будут видны как обыкновенные звёздочки.
Плутон
Об атмосфере Плутона известно… почти ничего не известно. Мы знаем, что она довольно велика, но крайне разрежена. Кроме того, состав и величина атмосферы Плутона меняется в зависимости от расстояния до Солнца. Дело в том, что при движении по орбите расстояние между этой карликовой планетой и Солнцем меняется почти в два раза. Поэтому, когда Плутон далеко от Солнца, его атмосфера съёживается: газы замерзают и выпадают на планету в виде льда. Когда Плутон подходит к Солнцу ближе, немного льда испаряется, и атмосфера Плутона увеличивается. Поэтому говорить о том, какого цвета небо Плутона, довольно сложно.
Зато мы точно знаем, что в небе Плутона мы разглядим Харон - один из четырёх его спутников. К Плутону запущен космический аппарат «Новые горизонты», который достигнет Плутона и Харона в июле 2015 года. Ждать осталось уже недолго, так что скоро мы узнаем много нового и интересного о системе Плутона.
Вот наше путешествие и подошло к концу. Мы надеемся, что вам понравилось! Если вы хотите что-нибудь спросить или что-нибудь осталось непонятным, пишите в комментариях!
Константин Кудинов
Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ
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.
