Почему звезды мерцают? Описание, фото и видео
Свет и цвет
Сами по себе звезды не мерцают. Это впечатление создается у земного наблюдателя, когда он воспринимает свет звезды после того, как он прошел через атмосферу. Это непременное условие мерцания. Если наблюдать даже очень далекую звезду из космоса, она не будет мерцать.
Космонавты, наблюдавшие звезды с Луны, где нет атмосферы, видели небо, усеянное звездами, которые светили ровным немигающим светом. Но здесь, на Земле, покрытой толстым «одеялом» атмосферы, лучи света звезд, прежде чем достигнуть поверхности, многократно преломляются в различных направлениях.
Когда звезды начинают мерцать?
Свет от звезды становится мерцающим, когда он переходит из слоя атмосферы с высокой плотностью в слой с меньшей плотностью. Почему? Массы воздуха вокруг нас не стоят на месте. Они постоянно перемещаются относительно друг друга. Теплый воздух поднимается вверх, холодный — опускается вниз. Воздух преломляет свет по разному, в зависимости от температуры. При прохождении света из слоя воздуха меньшей плотности в слой большей плотности начинается мерцание света.
Схема – почему звезды мерцают?
При этом очертания звезд становятся расплывчатыми, их изображения увеличиваются. Интенсивность излучения звезд, то есть их яркость, меняется. То звезда видна очень хорошо, то она потускнела. А вот опять видна очень отчетливо. Эти изменения интенсивности света по научному называются «сцинтилляцией». Но мы будем называть это «мерцанием».
Не все звезды мерцают
Планеты, например, светятся отраженным солнечным светом и не мерцают. Венера и Марс выглядят на небе как большие яркие звезды, но отличаются от них тем, что не мерцают. Почему?
Планеты на небе
Планеты ближе к Земле, и мы воспринимаем их как маленькие диски, а не как крошечные точки. Свет отражается от разных участков дисков. Хотя он точно также преломляется, но преломляется неодинаково. От одних участков диска отражается яркий свет, от других — более тусклый. Через секунду они меняются местами. Средняя же интенсивность излучения со всей поверхности диска остается постоянной. Поэтому диск планеты светится ровным немигающим светом.
Как отличить звезду от планеты?
Планету можно отличить от звезды по характеру излучения: звезды мерцают, а планеты нет. Действительно, это не плохой способ отличить планету от звезды. Но если в земной атмосфере большие возбуждения, например ураган, то могут начать мерцать и планеты. Наше Солнце тоже звезда. Но оно находится намного ближе к Земле, чем те звезды, которые мы видим ночью. Солнце — это не точка на небе.
Как отличить звезду от планеты?
Мы воспринимаем Солнце как большой равномерно сияющий диск. Если бы Солнце удалилось от Земли на триллионы километров, оно бы затерялось среди многих других звезд и мерцало бы точно так же, как и они. Мерцание звезды очень красиво и может вдохновить поэта. Но для астронома это поистине «головная боль». Даже если небо очень ясное, в атмосфере происходят большие перемещения воздушных масс, так называемые возмущения, которые весьма затрудняют наблюдение и фотографирование звезд.
Лучшее время для астрономических наблюдений — ясные ночи и спокойная без возмущений атмосфера. Когда атмосфера над телескопом спокойная, астрономы ведут наблюдения при хорошей видимости и почти полном отсутствии мерцания. С развитием космической эры на орбиту были выведены мощные телескопы, в которые ученые наблюдают истинную картину космического безмолвия, рассматривают сияющие спокойным вечным светом звезды.
Почему звезды мерцают – интересное видео
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Почему звезды мерцают и переливаются разными цветами?
Довольно часто звезды на небе заметно мерцают — вспыхивают, дрожат, быстро меняют яркость. Хотя мерцание звезд мешает проведению качественных астрономических наблюдений, благодаря этому явлению ночное небо кажется живым и близким.
Особенно заметно мерцание звезд в ветреные и морозные ночи, а летом сильное мерцание указывает на приближение сильного циклона. Зимой нередко звезды вдобавок переливаются разными цветами, подобно драгоценным камням на свету. Это относится прежде всего к звездам, находящимся невысоко над горизонтом. Так, ярчайшая звезда ночного неба, Сириус, мерцает и переливается разными цветами почти всегда, привлекая к себе повышенное внимание.
Даже самые красивые фотографии ночного неба не могут передать мерцание звезд. Фото: Руслан Мерзляков
В чем причина подобных явлений?
Мерцание и переливание звезд разными цветами — это не свойства, присущие самим звездам, а явления, порождаемые земной атмосферой. Воздушная оболочка нашей планеты неспокойна: массы воздуха находятся в постоянном движении — поднимаются и опускаются, сдвигаются в разные стороны. Кроме того, они имеют разную температуру и плотность в зависимости от высоты над поверхностью Земли, атмосферных течений и еще множества факторов. Как результат, в атмосфере образуются воздушные линзы и призмы, преломляющие и отклоняющие проходящий через них свет далеких небесных светил.
Но ведь это всего лишь воздух, можете возразить вы. Как он может играть роль призмы или линзы?
Свету все равно, что перед ним — твердый материал, воздух или жидкость. Свет неизбежно преломляется на границе двух сред, имеющих разную плотность. Чем больше разница в плотности, тем заметнее преломляется свет. Классические примеры — призма или стакан с водой. Ложка, стоящая в стакане, кажется надломленной из-за преломления света на границе воздуха и воды.
Так как воздушные массы в атмосфере имеют разную плотность в зависимости от высоты, течений, образующихся то тут то там ячеек Хэдли и других факторов, то они сами по себе способны играть роль таких призм и линз, пусть и довольно слабых. Когда свет звезды проходит через линзу, он приходит к нам усиленным, когда отклоняется — приходит ослабленным. Это быстрое колебание света мы и называем мерцанием.
Почему звезды мерцают и переливаются разными цветами. Источник: Natskies Observatory
Что касается переливания звезд разными цветами, то и здесь причиной является циркуляция воздуха в атмосфере. На примере обычной призмы видно, что свет разной длины волны искривляется по-разному. То же происходит и со светом звезды, когда он проходит сквозь воздушные призмы. Но до нас доходит то один цвет, то другой, то третий. Если фотографировать такую дрожащую и мерцающую разными цветами звезду очень короткими экспозициями, то на фотографиях мы увидим буквально всю палитру цветов!
Звезды мерцают гораздо сильнее у горизонта, чем в зените, поскольку их свет проходит через большую толщу воздуха. Рисунок: Bob King / Большая Вселенная
Нам осталось лишь объяснить, почему звезды, расположенные низко над горизонтом, мерцают и переливаются разными цветами гораздо сильнее, чем звезды вблизи зенита. Объяснение на удивление просто: прежде чем дойти до наших глаз, свет от низко расположенных звезд проходит через бо́льшую толщу атмосферы! Соответственно, и искажается он гораздо сильнее.
А в космосе звезды тоже дрожат и мерцают? Конечно, нет! Летая по орбите вокруг Земли за пределами плотных слоев атмосферы, космонавты наблюдают ровный и спокойный свет звезд.
Почему Сириус мерцает всеми цветами радуги?
Сириус — самая яркая звезда на небе. В это время года звезда радужно мерцает, находясь низко в восточной части неба после захода солнца.
Рой Спенсер из Хантсвилла в Алабаме выявил прекрасный способ запечатлеть эти цвета, вручную раскачивая свою камеру, когда фотографировал Сириус.
Была применена выдержка в 5 сек и расфокусировка, звезда находилась на высоте 15 градусов.
Roy Spencer
Астрономы называют это явление «звездная сцинтилляция» (мерцание звезд). Яркий свет от далекого источника проходит через разные по плотности и температуре слои атмосферы, которые подобны линзам, преломляющим свет. Когда слои холодного и теплого воздуха дрейфуют перед Сириусом, свет от звезды преломляется, а призматическое действие слоев атмосферы приводит к появлению радужных цветов.
Все звезды мерцают, но Сириус — особенно, из-за своей чрезвычайной яркости. Чем ниже к горизонту находится звезда, тем больше она мерцает, поскольку свет проходит через большую толщу атмосферы, искажаясь сильнее.
Почему звёзды мерцают, и как отличить планеты от звезд невооруженным глазом?
Отличить простым глазом звезду от планеты очень легко, даже не зная карты неба. Планеты сияют спокойным светом, звёзды же всё время мерцают, будто вспыхивают, дрожат, меняют яркость, а яркие звёзды невысоко над горизонтом ещё непрестанно переливаются разными цветами. Звёзды, стоящие над горизонтом, мерцают заметнее, чем горящие высоко в небе; звёзды белые мерцают сильнее, чем желтоватые и красноватые.
Как это обычно видно в телескоп показано на видео:
Мерцание вовсе не присуще самим звёздам – оно придаётся им земной атмосферой, через которую лучи звёзд должны пройти, прежде чем достигнуть глаза. Поднявшись выше неспокойной газовой оболочки нашей планеты, сквозь которую мы рассматриваем вселенную, мы не заметили бы мерцания звёзд: они светят там спокойным, постоянным светом.
Причина мерцания — та же, что заставляет дрожать отдалённые предметы, когда в знойные дни почва сильно нагрета Солнцем. Звёздному свету приходится пронизывать тогда не однородную недвижимую среду, а газовые слои различной температуры и различной плотности. В подобной атмосфере словно рассеяны многочисленные оптические призмы, выпуклые и вогнутые линзы, непрестанно меняющие своё расположение. Лучи света претерпевают в них многочисленные отклонения от прямого пути, то сосредоточиваясь, то рассеиваясь. Отсюда — частые изменения яркости и окраски звезды. Конечно, это свойство атмосферы очень мешает астрономам. Поэтому такое большое значение придаётся телескопам, находящимся за пределами земной атмосферы, как, например, «Кеплер» и «Хаббл»: отсутствие атмосферы не только не искажает и не ослабляет свет, идущий от звёзд, но и позволяет повысить точность любых измерений. Именно с помощью телескопа «Кеплер» было открыто большинство экзопланет, невидимых с Земли. Существует и другое очень важное направление современной науки, которое позволяет компенсировать искажения, вносимые атмосферой, – адаптивная оптика.
Но почему же планеты, в отличие от звёзд, не мерцают, а светят ровно и спокойно? Ведь свет от них проходит через ту же самую атмосферу, а значит, должен претерпевать такие же серьёзные изменения. Дело в том, что планеты гораздо ближе к нам, чем звёзды, поэтому они представляются глазу не точкой, а светящимся кружочком, диском, хотя и столь малых размеров, что вследствие их слепящей яркости эти размеры почти неощутимы (т.е. у них есть измеряемые угловые размеры). Каждая отдельная точка такого кружка мерцает, но перемены яркости и цвета отдельных точек совершаются независимо одна от другой в разные моменты времени, а потому усредняются и сглаживаются. Ослабление яркости одной точки совпадает с усилением яркости другой, так что общая интенсивность света планеты остаётся неизменной. Таким образом, планеты представляются нам немерцающими потому, что их видимый диск мерцает сразу в нескольких точках, но в разные моменты времени – и это всё сглаживается и усредняет.
Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤