👁 1 695
Solnedgang i Gusev. Bilde av Mars-roveren "Spirit"
Astrofysiker Santiago Perez-Hoyos om Mars-atmosfæren, Purkinje-effekten og det menneskelige øyets oppfatning av fargen på Marshimmelen.
I for tiden Det er mange fotografier, men ikke alle lar oss bedømme fargen på himmelen i denne. Mange av dem har for høy hvitbalanse, så synet vårt lar oss ikke skille mellom kontrastene i disse fotografiene. Heldigvis er det ganske interessant forskning, der forskere prøver å skille farger på Mars himmel og forklare dem med fysiske lover.
Som en del av Mars Exploration Rover-programmet leverte NASA-forskere Bell III til den røde planeten. De var utstyrt med Pancam Instrument panoramakameraer. Forskere har fått radiometrisk kalibrerte bilder som kan brukes til å bestemme fargen på himmelen. Bildedataene ble transformert til fysiske mengder(fluks og utstråling) tar hensyn til den spektrale følsomheten til kameraet og filtrene, solstråling som når overflaten til Mars og andre faktorer. "Spirit" og "Oppotunity" fotograferte blåsvart og svart himmel i de lagene der det ikke er støv. Imidlertid er det mesteparten av tiden mye støv i atmosfæren på Mars, så himmelen har ofte en annen farge.
Fargen på himmelen på Mars avhenger av hvordan solstråling forsvinner fra direkte lysstråle og lyser opp overflaten, samt hvordan spredte stråler absorberes av molekyler og partikler i atmosfæren. For eksempel, hvis det ikke var noen atmosfære, som i , ville det være en mørk himmel og en hvit. Himmelen er blå på grunn av Rayleigh-spredning, som gjør at molekyler med en radius som er mindre enn bølgelengden til stråling (ca. 1/10) blir bedre spredt ved kortere bølgelengder. I dette tilfellet er spredningstverrsnittet omvendt proporsjonalt med den fjerde potensen av bølgelengden.
Atmosfæren på Mars er mye tynnere, så molekylær spredning er mindre effektiv. Marstøv kan spille en lignende rolle som luftmolekyler på jorden, som sprer korte bølgelengder av lys og bidrar til å danne blå himmel og røde solnedganger på jorden. På Mars ville det fungert på samme måte hvis partiklene spredte lys uten absorpsjon. Marsstøv er imidlertid rikt på blått, absorberende jernoksid, som produserer omvendt effekt og leder ganske enkelt korte bølger av lys bort fra strålingsstrømmen.
Plassert høyt på kanten av Victoria-krateret, kikket Opportunity-roveren i det fjerne i en måned i 2007, og Marsluften kan sees bli stadig mer ugjennomsiktig på grunn av en støvstorm.
Mars rovere tok bilder av den "mørk gulbrune" himmelen normal situasjon når det er mye støv igjen i atmosfæren på Mars. Men siden støv noen ganger kan få himmelen til å virke blåere (ved å spre lys) eller rødere (ved å absorbere lys), er det nødvendig med en dypere forståelse. Kurt Ehlers og hans kolleger gjennomførte en studie som er verdsatt av alle som er kjent med atmosfærisk optikk. Ehlers og kolleger så på den komplekse effekten av støv i mikronstørrelse som absorberer blått lys og demonstrerte at rødhet er litt mer effektivt og fører til gulbrun himmel i "støvete situasjoner." I tillegg spres lengre bølgelengder (rød) og kortere bølgelengder (blå) svært forskjellig, og produserer interessante effekter, som den blå gløden som følger solen på vei til himmelen på Mars.
I følge denne studien er himmelen gulbrun i fargen, og solen lyser blått og er spesielt synlig under solnedgang. Men dette er mer komplisert enn man kan forestille seg. Siden Mars er i en avstand på 1,5 fra solen, er mengden lys på overflaten halvparten av den på jorden. På grunn av utilstrekkelig lys bytter øynene våre følsomhet til blått lys fordi vi bytter fra å bruke fargesensitive kjegler til å bruke fargeblinde stenger. Dette kalles Purkinje-effekten. Så den første astronauten som landet på Mars vil trolig beskrive himmelen som blåere enn forventet.
Basert på materialer
Det er overraskende, men det er sant.
Fem kilometer høye Mount Sharp i sentrum av Gale-krateret på Mars ble fanget Curiosity rover med å endre hvitbalansen for å gjøre lysforholdene de samme som på jorden. Det resulterende bildet ser slik ut:
Mars med blå himmel.
Det neste bildet av fjellet er et der fargene er riktig balansert.
Og himmelen har en annen, ekte, lysebrun farge. Det kan lure visuell oppfatning, noe som gjør det vanskelig å oppdage subtile detaljer eller funksjoner som ville være åpenbare her på jorden. Så noen ganger eksperimenterer forskere litt med fotografier for å gjøre dem lettere å analysere.
I gitt tid Curiosity mistet kontakten med jorden for første gang på grunn av Mars' passasje bak solen, og forskere kan ta en velfortjent 28-dagers ferie frem til mai.
Kommunikasjon med enheten vil være utilgjengelig på grunn av interferens generert av solkorona. Bare to av ti instrumenter vil fungere om bord på roveren hele denne tiden: en værstasjon og et dosimeter.
Dosimeteret samler informasjon om strålingssituasjonen på overflaten av Mars, og værstasjonen er designet for å samle inn meteorologisk informasjon, spesielt fuktighet, temperatur og trykk på den "røde planeten".
I I det siste Roveren mottok flere og flere data om tilstedeværelsen av vann på planeten.
Som vi, fysikere, vet, bestemmes fargen og lysstyrken på himmelen ikke av fargen på "firmamentet", men av lyset fra solen som er spredt i atmosfæren (G.S. Landsberg, Elementary textbook of physics. Volume 3. Oscillations og bølger, optikk og atomfysikk. Siden det er materien i atmosfæren som sprer og gjenutsender sollyset, er himmelens lysstyrke direkte proporsjonal med mengden materie i atmosfæren den er spredt på. sollys. Dette åpenbart faktum ligger til grunn for fotometriske forskningsmetoder, for eksempel konsentrasjonen av stoffer.
Den totale mengden materie i atmosfæren, som bestemmer himmelens farge og lysstyrke, beregnes enkelt basert på trykket ved overflaten. Tenk på en del av overflaten, si en sirkel med et areal på 1 m 2, og forestill deg en sylinder med vertikale vegger som hviler på denne sirkelen (det vil faktisk være frustum er imidlertid uviktig). Gassvekt, dvs. kraften som denne gassen presser på støtten er lik total masse av gass i denne kjeglen multiplisert med tyngdekraften. (Egentlig må vi strengt tatt ta hensyn til tyngdekraftsendringen med høyden. La oss vurdere om dette må tas hensyn til eller om beregningene kan forenkles. La oss ta radiusen til Mars til å være 3389,5 km - når den stiger til en høyde på 10 km, vil tyngdekraften falle med bare 0,6%, og ved stigning til en høyde på 100 km - med 5%, for jorden er effekten enda mindre med det halve større radius, og siden hoveddelen av atmosfæren både på jorden og på Mars er konsentrert i de første 10 km, neglisjerer vi trygt tyngdekraftsendringen med høyden, og i stedet for å integrere over høyden, vil vi begrense oss til en banal økning.)
Imidlertid er denne samme kraften (trykket til gasskjeglen på støtteflaten) lik gasstrykket multiplisert med arealet. På overflaten av Mars er trykket 6,1 mbar, 162 ganger mindre enn på jorden. Tyngdekraften (akselerasjon fritt fall) på overflaten av Mars er lik 3,711 m/s 2, dvs. 2,6 ganger mindre enn på jorden. Følgelig er gassen i atmosfæren på Mars (i massevis) 62 ganger mindre enn på jorden.
La oss prøve å anslå antall molekyler i atmosfæren til Mars. Hoveddelen av Mars atmosfære er karbondioksid. molar masse 44, og for luft (en blanding av nitrogen og oksygen) - omtrent 29. Følgelig er antallet molekyler som sprer lys, og gir farge og lysstyrke til Mars-himmelen, fortsatt 1,5 ganger mindre. Ja, luft og karbondioksid sprer og absorberer lys annerledes enn forskjellige lengder bølger (spesielt i IR-regionen; denne egenskapen karbondioksid brukes i optiskerer), men i det synlige området er det ingen grunnleggende forskjell, og dette er ikke lenger viktig.
I tillegg må du ta i betraktning at Mars ligger halvannen ganger lenger fra solen enn jorden, og følgelig belysningen av Mars sollys mindre enn jordens med 2,32 ganger. Hvis du sammenligner lysstyrken på himmelen på Mars med overflaten til Mars, trenger du ikke å ta hensyn til avstandsfaktoren fra solen, du kan ganske enkelt gjøre lukkerhastigheten 2,32 ganger lengre enn på jorden for å få en normal eksponering. Men hvis du sammenligner lysstyrken på himmelen på Mars med lysstyrken til stjernene, så må du ta hensyn til dette. Totalt vil lysstyrken på himmelen på Mars i forhold til lyset fra stjerner, som kan tas som standard, være 140-215 ganger mindre enn på jorden (og dette tar ikke hensyn til dempningen av stjernelys av atmosfære - for eksempel for Krim-observatoriet er det indikert gjennomsnittlig koeffisient atmosfærisk transparens er 0,73, og for Mars vil atmosfærisk transparens være omtrent 0,995).
De. enkle estimater vise at lysstyrken på himmelen på Mars er 2 størrelsesordener mindre enn på jorden, dvs. det er nesten svart der. Men hvilken farge det vil vise seg å være hvis du fotograferer himmelen på Mars og øker eksponeringstiden med 200 ganger - jeg vet ikke, det er et helt annet spørsmål.
Faktisk er disse estimatene bekreftet av observasjoner på jorden. Siden tyngdekraften på jorden er 2,6455 ganger større enn på Mars, oppnås en tilsvarende mengde atmosfærisk gass over hodet, som bestemmer fargen på himmelen, ved et trykk på 16 mbar i en høyde av 32 km. Her er ordene til Evgeny Andreev, som hoppet fra en høyde på 25 km: "Jeg snudde meg på ryggen slik at varmeoverføringen ble mindre, og jeg ble truffet av himmelen med en tykk blekkfarge og stjernene - jeg så ned over skulderen, og det var en blå! knall oransje sol... Vakkert!»
Her er et bilde tatt i 20 km høyde:
Så Det er for lite materiale i atmosfæren på Mars til å gi himmelen annen farge enn svart, derfor er himmelen på Mars ikke blå, ikke oransje, men nesten svart med stjerner som er tydelig synlige (for det menneskelige øyet) selv om dagen. På fotografier som viser jord opplyst av solen, vil ikke stjerner være synlige på grunn av det lille dynamiske området til både fotografisk film og halvledermatriser som brukes til fotografering og video. (Når NASA trenger det, vil de være synlige.) Men på fotografier der bakken er synlig normalt, ikke overeksponert, skal himmelen være nesten svart, og bare en mer eller mindre lys stripe langs horisonten.
Jeg vet ikke om USA leverte roveren til Mars eller ikke. Kanskje de ble levert, men av en eller annen grunn ønsker de ikke å gjøre de ekte bildene tilgjengelige for publikum gratis. Jeg kan ikke vite. Men bildene som NASA presenterer som fotografier tatt på Mars, og hvor himmelen ikke er svart, er direkte falske. 
For det første er det utrolig lys himmel. For det andre er fjellene like utrolig tåkete. Til jordens atmosfære bildet ser helt naturlig ut, men ikke for den 60 ganger tynnere Mars-atmosfæren. Video av Jerra White
Jeg skammer meg veldig over vitenskapsmenn som har åpenlyst dritt dyttet inn i nesen deres, men de reagerer ikke på det i det hele tatt. Det er dobbelt skammelig for de som dekker over NASAs løgner, og enda mer, prøver å undersøke noe der basert på disse forfalskningene. Akk, Hans Majestet Dollaren har fullstendig erstattet konseptet vitenskapelig sannhet og pålitelighet.
På den fjerne planeten Osiris kunne du beundre grønn solnedgang. Slike solnedganger skjer rett og slett ikke på jorden... Men du trenger ikke å fly så langt for å se en uvanlig himmel. Det viser seg at selv på planetene i solsystemet kan det være helt annerledes - fra helt svart, prikket med stjerner selv om dagen, til alltid overskyet og rødt. La oss ta en titt på noen planeter og finne ut hvorfor dette skjedde.
Slik kan en solnedgang på planeten Osiris se ut (modell).
For det første er det verdt å forstå hvorfor vi ser om dagen på jorden blå himmel. Faktum er at vanlig sollys faktisk er en blanding av lys forskjellige farger. Hver av oss har sett en regnbue - den skapes når sollys passerer gjennom små vanndråper. lilla lys i dette tilfellet går den i en retning, den grønne går litt i den andre, og den røde avviker enda mer enn den grønne, så de skilles. Hvis lyset fra de forskjellige fargene i regnbuen blandes sammen igjen, får vi vanlig hvitt lys igjen. I atmosfæren vår er lys spredt, og blått og fiolett er mest spredt, og rødt er minst spredt. Dette betyr at røde og gule stråler vil nå oss nesten uten å avvike, og blått, spredning, vil så å si "lyse opp" hele atmosfæren vår og farge den blå.
Gule og røde stråler passerer gjennom atmosfæren vår, nesten uten å avvike, og blå stråler er spredt inn i forskjellige sider.
Men ved solnedgang, når solen er lavt over horisonten, må lyset trenge gjennom et veldig tykt luftlag, og da begynner nesten alle farger, bortsett fra rødt, å spre seg og til og med absorberes - dette betyr at de kan aldri nå oss. Men rødt viser seg å være det mest vedvarende - det forsvinner minst og når oss nesten uten problemer. Det er derfor vi ved solnedgang ser en rød himmel og en rød sol.
På Mars er det motsatt - om dagen er himmelen rødrød, men ved solnedgang eller daggry nær solen er den blå. Himmelen får en rød fargetone på grunn av støv, og en blå fargetone på grunn av samme lysspredning. Men la oss snakke om alt i rekkefølge. Det er ikke for ingenting at Mars ofte kalles den røde planeten - overflaten ser ut til å være dekket med rust. Jorda her inneholder faktisk mye jernoksider - enkelt sagt, rust. Samtidig viste Mars seg å være en veldig støvete planet, og ganske mest av Slikt "rustent" støv flyr i atmosfæren og farger det med en rødlig fargetone. Atmosfæren på Mars er mye tynnere enn på jorden, så i godt vær er himmelen i senit mørkere enn ved horisonten. Men samtidig, under støvstorm det kan til og med bli brunt. På grunn av Mars atmosfære veldig tynn, lyset har ikke tid til å spre seg mye når det passerer gjennom det. Først ved solnedgang og daggry, når lyset passerer gjennom et tykkere lag av atmosfæren, begynner det blå lyset å spre seg, og da skjer omtrent det samme som på jorden om dagen - himmelen blir blå.
Solnedgang på Mars
Merkur er ikke særlig heldig - den har ingen atmosfære i det hele tatt, og derfor ville vi her se en helt svart himmel, nesten som i verdensrommet. På Venus, tvert imot, er atmosfæren for tett, slik at ikke bare stjernene, men til og med solen er synlige fra overflaten. Himmelen om dagen er alltid overskyet, oransje eller rød.
Det antas at på Jupiter skal himmelen være blå, og hvis du går dypt inn i atmosfæren, vil den være dekket med skyer i forskjellige farger, hovedsakelig blå, rød og brun. På Saturn er himmelen mest sannsynlig også blå, med gule skyer (så hvis du dykker ned i atmosfæren vil himmelen bli mer og mer gul). Uranus og Neptun har svært like atmosfærer, bare Neptuns er blåere og Uranus er blågrønn.
Et slikt bilde ble overført av Venera-13-apparatet (dette er en behandling av gamle svart-hvitt-fotografier basert på beregninger).
Nå kan du gå tilbake til planeten Osiris. Den er bare halvannen gang mindre enn Jupiter, og er samtidig åtte ganger nærmere sin stjerne enn Merkur er Solen (husk at Merkur er planeten nærmest Solen ett år her varer bare 3 og). en halv jorddag. Det viste seg at det er vanndamp i atmosfæren, og i denne dampen er det ganske mye natriummetall. Natrium i atmosfæren absorberer rødt lys godt, så det sentral stjerne vises blått. Og ved solnedgang vil blått lys spre seg på samme måte som på jorden. Det viser seg at det vil være best å bestå grønt lys- det er derfor solnedgangen vil virke grønn for oss. Osiris er veldig nær stjernen, så solnedganger her bør se spesielt fantastiske ut - forestill deg en enorm grønn ball, omtrent 20 ganger så stor som solen, som går jevnt ned under horisonten...
En gang snakket vi allerede om hvorfor fargen på jordhimmelen er blå om dagen og litt rød ved solnedgang eller soloppgang. Hvilken farge har himmelen på andre planeter? Hvordan vil vi se solen hvis vi flyr til en annen planet i vårt solsystem? I dag skal vi gjøre noe stort og veldig interessant tur på planetene i solsystemet, flyr vi til noen interessante satellitter planeter og se på forskjellige utenomjordiske himmelstrøk. La oss fly!
La oss starte med Merkur. Merkur er en ekstremt varm verden fordi den er veldig nær solen og har ingen atmosfære som skjermer den fra solens varme. Mangelen på atmosfære avgjør hvordan Merkurs himmel ser ut. Stjernene på Merkur er bare synlige om natten, de er ikke synlige på grunn av det faktum at solen skinner veldig sterkt og overstråler stjernene med sin glans.
Det er veldig interessant funksjon Merkur himmel. En gang i et Mercury-år, i omtrent 8 dager, stopper solen på himmelen til Mercury først og begynner deretter å bevege seg i den andre retningen. Etter åtte dager stopper solen igjen, og gjenopptar sin normale bevegelse.
Hvordan ser himmelen til Venus ut?
Atmosfæren til Venus er så tett at det gjennom sin tykkelse er umulig å se solen på himmelen om dagen, og ingen vil se stjernene om natten. De sovjetiske sondene i Venus-serien overførte flere fargebilder fra overflaten. Etter dem å dømme er himmelen på Venus mørk oransje eller rød. Du kan lese mer om Venus.
Mars himmel
Atmosfæren på Mars er veldig tynn, 20-30 ganger (avhengig av hva vi anser som grensen til atmosfæren) tynnere enn jordens. Den er imidlertid veldig støvete og sprer derfor mye lys. Dette fører til at himmelen på Mars om dagen er nesten like lys som på jorden, og ingen stjerner er synlige på den. Men om natten vil selvfølgelig stjernene være synlige.
Fargen på marshimmelen er forskjellig fra fargen på jordens himmel. Under solnedgang og daggry er en del av himmelen ved siden av solen blå, og resten av himmelen blir rosa farge. I løpet av dagen vil marshimmelen være gul-oransje. Det antas at to faktorer påvirker fargen på himmelen på Mars. For det første er Mars' atmosfære veldig tynn, så lyset sprer seg ikke så mye som det gjør på jorden og himmelen blir ikke blå. oransje farge Himmelen er farget av støv rikt på jernoksider.
Jernoksider er det som lager rust på ethvert metall. Husker du hvilken farge det er? Det stemmer - gult og rødt. Dette er omtrent fargen på støv som flyter i atmosfæren på Mars. Atmosfæren blir støvete fordi det ofte er støvstormer, og mye støv rekker ikke å legge seg.
Jupiter
Menneskeheten har dessverre ennå ikke mottatt fotografier tatt inne i Jupiters atmosfære. Så ingen har ennå mottatt tittelen designer av romfartøyet som tok de første bildene av den jovianske atmosfæren. Ha dette i bakhodet når du tenker på hva du skal gjøre i livet.
Mest sannsynlig vil fotografier av romfartøy som lander på Jupiter vise at himmelen på Jupiter er blå, men mye mørkere enn på jorden, siden belysningen her i gjennomsnitt er 27 ganger svakere. Når den går ned i atmosfæren, vil solen bli skjult av skyer i forskjellige farger: hovedsakelig blå, brun og rød. Ingen har ennå gitt en klar forklaring på fargene i den jovianske atmosfæren (husk også dette når du velger yrke). Det er mange hypoteser som forklarer slike farger, men det endelige svaret vil bli gitt først etter noen romfartøy og vil ta prøver av "luften" der. Jupiter har flere ringer laget av støv og bittesmå asteroider. Disse ringene kan være synlige fra breddegrader langt fra ekvator. I tillegg kan flere måner sees på Jupiters himmel: Io, Europa, Callisto og Ganymedes. Den mest merkbare av dem vil være Io: fra Jupiter vil den virke litt større enn vår jords måne.
Saturn
Saturns himmel kan være den mest spektakulære. Sammensetningen av Saturns atmosfære er slik at himmelen ved kanten av atmosfæren skal virke blå og gulne når den går dypere. Alle gassplaneter har ringer, men i motsetning til andre har Saturn de mest merkbare og største ringene. De er veldig godt synlige fra øvre lag atmosfære.
Se for deg en enorm sølvbue som består av mange tynne ringer og passerer gjennom hele himmelen. Noen ganger glitrer små gnister i sølvringer, spesielt ved soloppgang eller solnedgang. Etter solnedgang dette sølv bånd fortsetter å bli opplyst av solen.
Interessant nok er ringene bare en kilometer tykke, så de er nesten usynlige fra Saturns ekvator. Med et ord, Saturn er verdt å besøke, og hvis en person noen gang kommer dit, vil han aldri bli skuffet over det han ser.
Uranus
Uranian (dette er hvordan adjektivet fra substantivet "Uranus" høres ut i henhold til reglene for det russiske språket) himmelen skal ha en veldig vakker blågrønn, akvamarin farge. Jorden kalles den blå planeten, selv om den faktisk fra verdensrommet ser mer hvit ut enn blå på grunn av tilstedeværelsen av hvite skyer i atmosfæren. Virkelig blå planet i solsystemet er Uranus.
Planeten skylder sin fantastiske farge til sammensetningen av atmosfæren. Det er noe metan i den øvre atmosfæren, som absorberer rødt lys veldig godt og reflekterer blått og grønt lys. Derfor vil de øvre lagene i atmosfæren være lyseblå, og når du beveger deg dypere vil himmelen mørkere og bli rød. Uranus har også sitt eget system av støvringer, men de er neppe synlige selv fra de øvre lagene av atmosfæren, siden de er veldig sjeldne og mørke.
Neptun
Neptuns atmosfære er svært lik sammensetningen til Uranus, men små forskjeller i gassmengdene gjør at fargen på de ytre lagene av atmosfæren blir blåere. Vi kan bare gjette om hva som skjer når vi beveger oss dypt inn i atmosfæren.
Det er tretten kjente satellitter av Neptun. Den største av dem, Triton, vil virke litt større enn månen vår; den nest største Proteus vil være halvparten så stor. De gjenværende månene til Neptun er små og vil være synlige som vanlige stjerner.
Pluto
Nesten ingenting er kjent om Plutos atmosfære. Vi vet at den er ganske stor, men ekstremt sparsom. I tillegg varierer sammensetningen og størrelsen på Plutos atmosfære avhengig av avstanden fra solen. Faktum er at når du beveger deg i bane, er avstanden mellom dette dvergplanet og solen skifter nesten to ganger. Derfor, når Pluto er langt fra solen, krymper atmosfæren: gasser fryser og faller ned på planeten i form av is. Når Pluto kommer nærmere solen, fordamper noe av isen og Plutos atmosfære øker. Derfor er det ganske vanskelig å si hvilken farge Plutos himmel har.
Men vi vet med sikkerhet at på Plutos himmel vil vi se Charon - en av dens fire satellitter. Romsonden New Horizons er skutt opp til Pluto og vil nå Pluto og Charon i juli 2015. Vi har ikke lenge å vente, så vi vil snart lære mye nytt og interessant om Pluto-systemet.
Vår reise har nå kommet til slutten. Vi håper du likte det! Hvis du vil spørre om noe eller om noe fortsatt er uklart, skriv i kommentarfeltet!
Konstantin Kudinov
Kjære venner! Hvis du likte denne historien og vil holde deg oppdatert på nye publikasjoner om astronautikk og astronomi for barn, kan du abonnere på nyheter fra våre lokalsamfunn