Небо

01.07.2022


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

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

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. Приведём некоторые значения яркости на уровне моря.

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. 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. До высот 100—110 км яркость падает примерно в 2 раза на 4—5 км, свыше 100 км снижение яркости замедляется и всё больше зависит от люминесцентного свечения атомов в ионосфере.

  • Небо в полдень на высоте 30 км из-за контраста с облаками не запечатлелось на снимке и выглядит чёрным

  • Небо меньшей яркости в полное солнечное затмение: видны цвет неба и две планеты, звёзд нет

  • 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. Швейцарский учёный Огюст Пиккар в начале 1930-х годов рассчитывал увидеть звёзды уже при подъёме на 15—16 км. После полётов на стратостате FNRS-1 он сделал вывод, что крупные звёзды могут быть видны на высотах не менее 20—25 км. Но и эти высоты недостаточны. Проведённые позже измерения и расчёты показали, что реальная яркость дневного стратосферного неба соответствует довольно светлым ранним сумеркам и полному солнечному затмению, видимость первых звёзд невооружённым глазом сдвигается ближе к мезосфере. Но до сих пор в развлекательной литературе и в серьёзных источниках имеются утверждения о полноценном ночном небе днём на высотах 20—30 км с возможностью ориентироваться там по звёздам.

Наблюдаемая и фотографируемая темнота зенита в стратосфере обусловлена резким контрастом его с Солнцем, небом у горизонта и освещёнными поверхностями шара с кабиной, 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) 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. В дальнейшем это не подтвердилось.

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. 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.

В дополнение указаны некоторые явления, которые своей яркостью могут помешать наблюдать звёзды не только в стратосфере, но и в мезосфере, и за линией Кармана.

Фотогалерея

  • Весь небосвод

  • Небо с лёгкой облачностью

  • Небо с грозовыми облаками

  • Во время восхода Солнца

  • Ночное небо с Луной и облаками

  • Белая ночь. Северодвинск. Время 00:48

  • Красный закат на озере Тургояк.

  • Солнечный столб в Западной Виргинии.

  • Небо туманным утром

  • Марсианское небо на закате