Мерцание звезд что это за явление
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 звезды мерцают?
Теперь, когда наступила зима и солнце заходит намного раньше, вы можете начать замечать предметы в ночном небе, которых раньше не видели. Может быть шоком видеть яркие мигающие огни в небе, чуть выше горизонта, похожие на НЛО!
Но на самом деле, это всего лишь яркие звезды, или, может быть, планета вроде Венеры, сияющая так ярко, что Вы можете видеть их невооруженным глазом. Итак, если мигающие огни не от НЛО, пытающегося общаться, то что же вызывает «мерцание» света?
Тогда вы замечаете, что есть и другие яркие звезды прямо над головой (в зените). Но их свет мигает не так сильно, как яркие звезды, расположенные низко на небе вдоль горизонта. Почему? Почему звезды мерцают больше в зависимости от их угла от горизонта?
Ответ прост! Воздух, который заставляет вас дышать и оставаться живым на Земле, также мешает вашему глазу и звездам. Когда свет распространяется из космоса в нашу атмосферу, он сталкивается с карманами воздуха, которые имеют разную температуру и, следовательно, разную плотность.
Более плотный и холодный воздух замедляет свет, заставляя его путь преломляться или изгибаться вместо того, чтобы оставаться прямым. Эти случайные изменения пути света вызывают изменение яркости и положения звезды на небе. Техническим термином, обозначающим этот эффект мерцания звездного света, является сцинтилляция.
Чем больше света проходит через воздух, тем более турбулентным становится полет, а значит, и более мерцающим свет. Свет от объектов прямо над головой (в Зените) проходит через меньшее количество воздуха по сравнению со звездами у горизонта, поэтому они мерцают меньше!
Затем вы замечаете, что Венера мерцает меньше, чем ближайшая яркая звезда низко на горизонте… Почему? Свет от звезды исходит с такого большого расстояния (скажем, на десятки световых лет), что ведет себя как точечный свет (точечный источник). Поскольку Венера намного ближе к Земле, чем звезда (около 6 световых минут), ее свет больше похож на крошечный диск, чем на точку. Более крупный объект в небе с большим количеством лучей света, попадающих на ваш глаз, усредняет изменения яркости и положения. Поэтому они выглядят менее искаженными по сравнению со звездой, которая представляет собой всего лишь один луч света, преломляемый воздухом.
То, где вы находитесь, также влияет на уровень турбулентности, с которой вы сталкиваетесь. Почему? Есть несколько преимуществ размещения больших телескопов и обсерваторий на вершинах гор, одним из которых является меньшая турбулентность! Чем выше ваша высота, тем меньше атмосферы между вашим прибором и звездами.
Но если вы хотите получить лучшее изображение звездного объекта, то поместите свой телескоп в КОСМОС! Есть несколько телескопов космического базирования, таких как телескоп Хаббл и телескоп Джеймса Уэбба (запуск которого запланирован на 2021 год), с помощью которых, находясь над атмосферой, можно получать звездные снимки высокого разрешения, невозможные с Земли.
Что за звезда мерцает разными цветами
Вы замечали, каким тихим и безмятежным кажется звездное небо? И стоит только на минуту остановиться и заглянуть в него, как наступает некое блаженное оцепенение.
Кажется, само мироздание вводит в этот необъяснимый транс, пытается сказать важное, напомнить, что вы с ним единое целое. И звезды мерцают неспешно и ласково, как будто понимающе, по-родственному, подмигивают. Приглашают в путешествие по Вселенной.
Из-за чего свет звезд становится мерцающим?
Звезды – небесные тела гигантских размеров. От Земли они находятся на расстоянии многих световых лет. Вот почему мы видим их маленькими точечками. Состоят они из газа, имеют форму шаров с неровными краями.
Внутри звезды происходит термоядерная реакция, которая накаляет газовый состав небесного тела, поэтому оно светится. Излучение настолько сильное, что лучи преодолевают громадные космические дистанции, и мы можем его видеть.
На самом деле свет звезды относительно ровный и постоянный. Иллюзия мерцания присутствует только здесь, на Земле. Лучи света проходят через атмосферу, она создает своеобразный барьер между нами и космосом.
Сама атмосфера неоднородная, ее слои разной температуры, и, соответственно, разной плотности. Они по-разному преломляют свет. Мы же это видим как мерцание звезд. Это просто красивый оптический эффект.
Если, например, разглядывать звезды с космического корабля, с Луны или другой планеты, где нет атмосферы, их свечение будет ровным и непрерывным. Все серьезные научные обсерватории стараются устанавливать как можно выше в горах. Там атмосферные слои менее плотные и мигание меньше отвлекает от наблюдений.
Почему они светятся разными цветами?
Кто любит наблюдать за ночным небом, не раз замечал, что оно не просто мерцает, но еще и создает своеобразную «цветомузыку». С Земли мы видим мигание разными цветами: синим, красным, белым, желтоватым. Иногда случается, что одна и та же звезда рядом стоящим людям может «подмигивать» различными оттенками.
Эта красота достигается совпадением нескольких факторов.
Зависимость цвета звезды от ее температуры и возраста
Во-первых, сами звезды имеют различный цвет. Он зависит от интенсивности, температуры термоядерной реакции. Чем выше градус – тем ближе окрас небесного тела к белому или голубому.
Самые холодные звезды – красные. Вы можете пронаблюдать это действо смены цветов, если станете нагревать металл. В зависимости от степени накаливания он будет менять окраску от красного до белого в точке самой высокой температуры.
По температуре и цвету этих небесных светил астрономы научились определять их возраст. Век звезды конечен. Он начинается со взрыва (в этот период звезда имеет самую высокую температуру) и белое или голубое свечение.
При постепенном снижении интенсивности реакций, цвет меняется и светит сначала желтоватыми, а затем – красными оттенками в конце своего цикла. Цвет главного источника земной жизни, нашей звезды – Солнца, сейчас светло-желтый. То есть она – «дама» среднего возраста, в самом расцвете сил.
«Кривая линза» атмосферы
Во-вторых, наша атмосфера не только разнородна по плотности, но и подвижна. В ней происходят постоянные движения, перемещения слоев и различные завихрения масс воздуха. Поэтому она устраивает нам не только перебои-мигания лучей света.
Ее движущийся состав еще и рассеивает, раскладывает свечение на спектры и преломляет их. Это похоже на работу кривой линзы, причем угол кривизны в ней постоянно меняется. Получается, что мы рассматриваем разноцветные звезды на небе через большую, постоянно движущуюся «линзу».
Почему планеты не мерцают?
Но не все небесные светила загадочно мерцают нам из космоса, некоторые дают равномерное, постоянное свечение. Это планеты. Звезды мигают, а планеты нет.
Их легко отличить еще и по форме. Планеты мы видим не как точку, а как светящиеся диски, у них четкие ровные края. Считается, что планеты – это погасшие звезды и состав их не газообразный, а плотный, поэтому их контуры и не размыты, как у звезд.
Откуда тогда свет? Планеты сами не светятся, они лишь отражают лучи находящегося рядом звездного светила. В нашей системе – это Солнце. Кроме того, они расположены намного ближе к поверхности Земли. По этим двум причинам атмосферная «линза» «показывает» их нам крупнее и без мерцания.
Какие планеты видны с Земли без телескопа?
Самые заметные планеты, которые можно увидеть без специальных приборов – Венера и Юпитер. Венера – самая яркая, очень хорошо видна на заре и вечером, Юпитер – немного бледнее. Обе они желтые.
Время от времени можно обнаружить на небе и Марс – небольшой, светящийся красным диск. Остальные погасшие звезды Солнечной системы можно увидеть только с помощью мощной техники.
Зато, чтобы любоваться далекими, но горящими звездами, достаточно просто безоблачной погоды. Особенно красиво и заметно их мерцание в морозные ночи или после дождя.
Видео: в чем причины звездного мерцания?
Проходя через атмосферу, лучи преодолевают огромное расстояние, барьер между космосом и планетой. Эта дистанция характеризуется неоднородным составом, все слои имеют разную температуру и показатели плотности, что способствует многократному преломлению света. Благодаря таким физическим процессам, человек может наблюдать такой необычный оптический эффект, как звездное мерцание.
Однако если наблюдать за небесными телами с другого ракурса, например, с поверхности Луны, некоторых других планет или с борта космического корабля, то можно увидеть, что звезды не моргают. Это объясняется полным отсутствием атмосферы, свечение космических тел становится непрерывным и ровным.
Атмосфера разнородна не только по плотности, она еще и постоянно движется:
Движение атмосферного состава способствует рассеиванию и разложению свечения на спектры, при этом преломляя их. Физики объясняют это, как работу кривой линзы с изменяющимся углом. Другими словами, человек смотрит на звезды сквозь огромную призму.
Наиболее ярко и разными цветами переливаются те небесные тела, которые расположены не слишком высоко над горизонтом. Самой яркой звездой, привлекающей к себе внимание практически в любое время года, является Сириус. А согласно народным приметам, летом сильное мерцание указывает на приближающееся резкое изменение погоды из-за сильного циклона.
Необычайно красивое свечение мешает ученым проводить астрономические наблюдения, однако именно это явление позволяет небу выглядеть таким близким и живым.
Зависимость оттенка мерцания от температуры
Прежде всего, стоит отметить, что каждая из звезд имеет собственный цвет. Этот параметр зависит от температурных показателей и интенсивности происходящей внутри термоядерной реакции. Чем больше градус, тем ближе оттенок небесного тела к голубоватому или белому. Именно они являются самыми горячими, превосходя даже солнечную поверхность. Желтые и красные звезды холоднее.
Пронаблюдать смену цветов при нагревании можно на примере накаливания металлической поверхности. По мере нагрева окраска исходного материала будет меняться от ярко-красного до ослепительно белого при самой высокой температуре. В зависимости от того, какой свет испускают небесные тела, астрономы определяют их приблизительный возраст:
Так, Солнце, имеющее ярко-оранжевое свечение, на сегодняшний день можно отнести к «средневозрастной категории». Именно такой теорией ученые объясняют, почему звезды мерцают разными цветами.
Особенности излучения планет
Следует иметь в виду, что не все космические объекты, заметные на ночном небосводе, имеют способность загадочно мерцать и сверкать. Планеты не излучают свет, их можно отличить по внешнему виду даже издалека: они имеют форму не точек, а горящего диска с четко очерченными, ровными краями. Это звезды, которые миллионы лет назад погасли и в составе которых уже нет газа.
Сами по себе планеты не светятся, а только являются поверхностью для отражения лучей расположенного рядом небесного тела. В известной человеку системе таковым является Солнце.
Еще один признак, по которому планеты можно отличить невооруженным глазом, — их перемещение на фоне звездного неба. С Земли без профессиональных приборов хорошо видны Юпитер и Венера с желтоватым свечением, иногда появляется Марс с характерным красным диском. Другие погасшие космические гиганты можно наблюдать только при помощи астрономической техники.
К счастью, любоваться красотой небосвода, зная, почему мигают звезды, и как их отличить от планет, можно без приборов. Безоблачной ночью в местах, где нет ярких городских огней, это удивительное явление восхищает и завораживает, успокаивает и заставляет мечтать.
Мерцание звезд что это за явление
Почему звёзды мерцают?
«Интеллектуальные орудия, без которых было бы невозможно развитие современной техники, пришли в основном от наблюдений звёзд»
Глядя на ночное небо в ясную погоду, можно видеть, что оно усыпано тысячами звёзд, которые различны по цвету и яркости. Кажется, что звезда, то вспыхивает, то угасает, то её цвет становится более красноватым, то более зеленоватым.
«Большие звезды переливают голубыми, белыми, золотыми огнями; у звезды Сириус лучи как реснички; а посреди неба звезды, мелкие и крупные, и звездный песок — все сбито вместе в морозно-сверкающий плотный туман, в причудливо-неровную полосу, переброшенную через улицу, как мост, — этот мост называется Млечный Путь.»
Мерцание звезд – одно из самых удивительных явлений. Какова же природа такого явления? Астрономы сделали интересное открытие: мерцание звёзд никак не связано с их изменениями. Мерцание звезд обусловлено атмосферной рефракцией. Рефракция света в атмосфере [позднелат. refractio — преломление, от лат. refractus — преломленный (refringo — ломаю, преломляю)], атмосферно-оптическое явление, вызываемое преломлением световых лучей в атмосфере и проявляющееся в кажущемся смещении удалённых объектов, а иногда и в кажущемся изменении их формы. Некоторые частные проявления рефракции, например, сплюснутая форма дисков Солнца и Луны у горизонта, мерцание звёзд, дрожание далёких земных предметов в жаркий день, были замечены уже в древности.
Мерцание, дрожание, изменение цвета, вспышки — все эти явления происходят из-за того, что мощный свет далеких звезд проходит через земную атмосферу. Она состоит из разных слоев, которые отличаются плотностью, температурой и коэффициентом преломления: лучи света много раз меняют свое направление, из-за этого мы и наблюдаем мерцание звезд. Если бы движений воздуха не происходило, то и мерцания не наблюдалось бы, даже от самой далёкой звезды в космосе.
Еще древние заметили, что на небе есть объекты, непохожие на другие. Пять светящихся точек движутся среди звезд и отличаются от них ровным светом. Это пять видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Планеты Солнечной системы не так сильно удалены от Земли по сравнению со звездами, они — наши ближайшие соседи. Мы видим их как диски, а не как мерцающие точки. На самом деле, они тоже мерцают, но мерцание это происходит не в одной точке, как у далеких звезд, свет которых доходит до нас в виде пучка, а по всей поверхности. В итоге мы воспринимаем свечение планет как ровное. Поэтому звезды постоянно мерцают, а планеты сияют ровным светом?
Звезды обладают таким мощным свечением, преодолевающим огромные расстояния, потому что в них постоянно происходят термоядерные реакции. Планеты — это твердые тела, они не излучают свет самостоятельно, а только отражают тот, что исходит от звезды, вокруг которой они вращаются.
По материалам С.В.Зверева «В мире солнечного света».