Цвет ночного неба на протяжении столетий был источником восхищения и научных исследований. Невооруженным глазом небо выглядит как черный фон, усеянный звездами, планетами и другими небесными объектами. Но действительно ли небо ночью черное или у него есть какой-то другой цвет? Ответ зависит от нескольких факторов.
В этой статье мы рассмотрим различные компоненты, которые влияют на цвет, который мы воспринимаем, глядя на ночное небо. Мы рассмотрим, как рассеяние солнечного света, свечение воздуха и световое загрязнение влияют на внешний вид ночного неба. Понимание этих элементов дает представление о причинах темного оттенка неба и оптимальных условиях для наблюдения за звездами.
Днем небо кажется голубым из-за явления, называемого рэлеевским рассеянием. Когда солнечный свет попадает в атмосферу Земли, он сталкивается с молекулами газа, такими как азот и кислород. Эти молекулы рассеивают более короткие волны солнечного света, такие как фиолетовый и синий свет, больше, чем более длинные волны. Рассеянный синий свет попадает в наши глаза, заставляя нас воспринимать небо как голубое.
Интересно, что рэлеевское рассеяние также объясняет, почему закаты и восходы солнца часто кажутся красновато-оранжевыми. В это время солнце находится ниже над горизонтом, и его свет проходит через большую часть атмосферы. Большая часть синего света рассеивается, оставляя больше длинноволнового красного света для наших глаз.
Таким образом, рэлеевское рассеяние придает дневному небу его голубой цвет. Но этот же эффект рассеяния не отвечает за оттенок ночного неба. Ночью источник света — солнце — больше не виден с поверхности Земли. При отсутствии входящего света для рассеивания рэлеевское рассеяние не вносит прямого вклада в цвет, который мы видим на ночном небе.
При отсутствии солнечного света истинный фоновый цвет ночного неба близок к черному. Точнее, ночное небо слегка красноватое по трем основным причинам:
| Причина | Объяснение |
| Космическое фоновое излучение | Слабое микроволновое излучение от Большого взрыва, видимое как очень глубокое красное свечение |
| Интегрированный звездный свет | Комбинированный слабый видимый свет от далеких звезд и галактик |
| Свечение атмосферы | Слабое излучение света от химических реакций в верхних слоях атмосферы |
Космическое фоновое излучение, остаток энергии от Большого взрыва, придает ночному небу чрезвычайно тусклый красный оттенок на микроволновых частотах. Интегрированный звездный свет вносит едва заметный видимый красный отблеск из объединенного света далеких небесных объектов. Свечение воздуха, которое мы рассмотрим подробнее позже, придает верхним слоям атмосферы едва заметный зеленоватый или красноватый оттенок.
Вместе эти три эффекта приводят к истинному цвету ночного неба, который лишь слегка красноват по сравнению с абсолютно черным. Но этот красноватый оттенок практически незаметен для наших глаз. Поэтому воспринимаемый нами фон кажется черным, представляя собой темноту, прерываемую только видимыми звездами, планетами и другими объектами.
Как уже упоминалось, одним из факторов, способствующих легкому красному оттенку ночного неба, является явление, называемое свечением воздуха. Свечение атмосферы описывает слабое излучение света, которое происходит, когда атомы и молекулы в верхних слоях атмосферы рекомбинируют после расщепления солнечным излучением в течение дня.
Некоторые важные механизмы свечения атмосферы включают в себя:
– Рекомбинация ионизированного атомарного кислорода, который излучает красный свет на длине волны 630 нм
– Рекомбинация ионизированного молекулярного азота, который излучает синий свет на длине волны 427,8 нм
– Возбуждение молекулярного кислорода, который излучает зеленый свет на длине волны 557,7 нм
– Возбуждение атомов натрия, который излучает желтый свет на длине волны 589 нм
Эти процессы создают очень слабые люминесцентные полосы, которые можно сфотографировать с помощью чувствительных камер. Однако для наших глаз свечение воздуха выглядит как едва заметный зеленоватый или красноватый оттенок вблизи горизонта в ясные ночи.
Свечение воздуха сильнее всего на высотах 80-100 км в области мезосферы. Его видимость зависит от солнечной активности, атмосферных условий и местоположения наблюдателя. Свечение воздуха, как правило, слишком тусклое, чтобы существенно повлиять на наше цветовое восприятие ночного неба. Но оно вносит небольшое естественное свечение в фоновую темноту неба.
В наше время искусственное световое загрязнение стало основным фактором, влияющим на наше видение естественного цвета ночного неба. Источники светового загрязнения включают в себя:
– Уличное освещение
– Внешнее освещение зданий
– Рекламные вывески
– Фары транспортных средств
Этот нежелательный искусственный свет рассеивается и отражается от молекул и аэрозолей в атмосфере. Результатом является бледно-оранжевый или коричневатый оттенок, известный как свечение неба, которое может распространяться на многие мили от центра города и размывать темноту ночного неба.
Свечение неба по сути маскирует естественный цвет ночного неба для многих наблюдателей, особенно в густонаселенных городских районах. Тьма кажется светлее и менее черной. Цветовое восприятие изменяется в сторону оранжевых оттенков, которые часто заглушают едва уловимое естественное свечение воздуха. Звезды и другие небесные объекты также могут быть скрыты световым загрязнением.
Содействие ответственным методам освещения может помочь уменьшить световое загрязнение и улучшить нашу способность видеть внутреннюю темноту и цвета ночного неба. Использование полностью экранированных светильников, направляющих свет вниз, выбор минимально необходимого света и отключение ненужного освещения ночью — все это сводит к минимуму ненужное воздействие на небо.
Самые лучшие условия для восприятия естественных цветов ночного неба возникают вдали от городского светового загрязнения в отдаленных диких местах. Например, в заповедниках темного неба, предназначенных для профессиональной астрономии и образовательных целей.
Некоторые факторы, которые обеспечивают наилучшие виды, включают:
– Удаленность от любых искусственных источников света
– Минимальная облачность или ее отсутствие
– Наблюдение в ночи около фазы новолуния, когда лунный свет самый слабый
– Дать глазам привыкнуть к темноте в течение как минимум 15-30 минут
В этих идеальных условиях ночное небо приближается к своему истинному фоновому цвету черного цвета с лишь намеком на красноту, вызванную чрезвычайно слабым свечением атмосферы и интегрированным светом звезд. Галактику Млечный Путь можно отчетливо увидеть как облачную белую полосу, тянущуюся через естественную темноту неба.
Настоящий цвет ночного неба не совсем черный, а скорее очень темный оттенок красного, вызванный космическим фоновым излучением, интегрированным светом звезд от далеких объектов и свечением атмосферы в верхних слоях атмосферы. Для наших глаз это кажется черным, когда весь искусственный свет исключен и произошла темновая адаптация. Световое загрязнение от человеческой деятельности на земле серьезно меняет восприятие естественного цвета ночного неба. Но искатели темного неба все равно могут увидеть естественные цвета ночных небес, сбежав из развитых районов в отдаленные дикие места в ясные безлунные ночи.