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? 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 «мигают»?
1. Атмоферная турбулентность (сигарета тоже будет подмигивать. если на нее через дым от костра смотреть)
2. Звезда — пульсар. (Есть такие звезды. Реально представляют собой пару звезд, вращающихся вокруг одной оси. Или еще какую интересную физику 🙂 )
Свет, который исходит от звезд, беспрепятственно проходит пространство вплоть до атмосферы Земли. Но потом, попадая в эту зону, он начинает искажаться в слоях воздуха. Примерно таким же эффектом является марево – оптическое явление, при котором «переливается» слой воздуха над горячей поверхностью. Получается, что если смотреть на эти газовые шары не с Земли, а из космоса, то такого эффекта уже не будет. На ночном небе, кроме мигающих точек, можно заметить и маленькие неподвижные кружочки, которые просто излучают ровное сияние и не переливаются. Это планеты. Они находятся ближе к Земле, и их излучение воспринимается как однородное. Дело в том, что каждая отдельная точка планеты светит – только что одна была ярче, а другая более тусклой, а через долю секунды все поменялось. Такая быстрая смена вспышек позволяет планете оставаться постоянно и равномерно сверкающей.
Иногда в небесах можно увидеть не просто мигающие точки, а переливающиеся определенными цветами. Так можно увидеть и красную точку, а через секунду зажигается желтая или белая. Почему звезды мерцают разными цветами, создавая эффект новогодней гирлянды? Особенно хорошо это заметно в безоблачную погоду зимой. Именно в это время года небо более темное, и на нем особенно контрастно выделяются созвездия. Например, Орион. На его поясе есть Бетельгейзе и Ригель, сияние их мощнее солнечного в несколько десятков тысяч раз! А цвет этих гигантов – бело-голубой, и это неслучайно. Именно такой оттенок имеют звезды, которые, по меркам Вселенной, родились относительно недавно. Еще одно из самых ярких небесных тел – Сириус, он буквально окутан противоречиями. Древние наблюдатели указывали, что он имеет красный оттенок. Хотя сейчас видно, что Сириус голубовато-белый. Однозначного ответа на этот вопрос ученые найти не могут, предполагая, что все же это поэтическая метафора, и Сириус всегда был одного и того же цвета. Но не только возраст влияет на цвет звезды. Те светила, которые кажутся людям красными – самые холодные, средняя температура дает желтый оттенок, а самые горячие – это белые и голубые. Хотя всем привычней думать, что все как раз наоборот!
Почему звезды мерцают и мы видим это лишь спустя сотни лет?
Взгляните на ясное небо ночью. Звезды горят и, кажется, будто переливаются. Но что заставляет их вести себя подобно светлячкам, пропадающим и вновь появляющимся во тьме? Разбираемся, когда умрет Солнце и почему ученые анализируют неактуальную для Вселенной информацию.
На самом деле звезды не мерцают. Тогда почему нам так кажется?
Сияние не имеет ничего общего с небесными телами. Скорее, это результат того, как мы видим их с нашей точки зрения, находясь на Земле.
Поскольку звезды расположены невероятно далеко, они выглядят крошечными точками. Их свечение преодолевает большое расстояние, чтобы достичь любопытных глаз. Ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра . Она находится в четырех световых годах от Солнечной системы. На пути к нам ее далекое сияние сталкивается с земной атмосферой. Когда оно достигает планеты, вектор света проходит через слои колеблющегося воздуха. Это — ключевой фактор эффекта мерцания.
Космонавты на орбите могут подтвердить, что все дело именно в колебаниях: звезды совсем не кажутся им переливающимися. Это одна из причин, по которой телескоп Хаббл отправили на орбиту. Так ему удалось получить более четкие изображения космоса без искажения атмосферной турбулентностью.
Некоторые звезды «мерцают» больше, чем другие. А некоторые не «мерцают» вовсе
У горизонта звезды переливаются активнее, поскольку их свет должен пройти через большее количество слоев атмосферы, чтобы добраться до нас. Погода тоже играет роль — влажные ночи делают воздух более густым.
Эти нюансы помогают астрономам сориентироваться, когда они решают, где разместить лучшие в мире телескопы-гиганты. Обсерватории строятся на высоких сухих холмах. Такое расположение позволяет удалить как можно больше воздушных помех между звездой и телескопом и тем самым стать ближе к небу.
Среди излюбленных астрономами мест особенно выделяют пустыню Атакама в Чили, а также вулканические вершины Гавайских и Канарских островов. Сухой и разреженный воздух создает хорошую видимость, в то время как плотные слои вызывают сильное колебание. Иногда свет немного преломляется атмосферой, и это приводит к изменению его цвета. Эффект особенно заметен на более ярких звездах.
В небе можно разглядеть несколько «звездочек», которые вообще не мерцают. Это планеты. В отличие от звезд они имеют ширину и расположены намного ближе к Солнечной системе. Планеты слишком велики для ночного неба, и атмосфера не способна заставить их мерцать.
Правда ли, что мы видим свет звезды, которая уже угасла?
Да. В тот момент, когда с небосвода исчезает какая-то звезда, мы узнаем об этом не сразу, поскольку получаем лишь «фотографию» ее далекого прошлого.
Луна находится в 380 тыс. км от Земли, поэтому скорость света позволяет передать нам то, что происходило на спутнике чуть более секунды назад. В то же время Плутон удален от нас на 5,7 млрд км. Поэтому мы видим его с запозданием более чем в пять часов. Другими словами, глядя на небо, мы смотрим в прошлое.
Используя телескопы, ученые словно изучают смысл шутки, которую услышали несколько лет назад, — осознание приходит не сразу. Если быть точнее, астрономы смотрят на звезды, которые в лучшем случае жили примерно 1000 лет назад. Поэтому, скорее всего, некоторые из тех звезд, что мы видим на небе, давным-давно погасли, и об этом мы сможем узнать в лучшем случае через пару веков.
Когда и почему погаснет Солнце?
Химические элементы, из которого состоит космическое топливо, не бесконечны. Как только весь водород, который поддерживает ядерные реакции, израсходуется, звезда вступает на необратимый путь к гибели. Большие небесные тела горят намного сильнее и ярче. Их огромный размер означает, что ядерные реакции протекают с повышенной скоростью. Самые массивные живут короткие сотни миллионов лет по принципу live fast, die young.
Возраст Солнца составляет около 4,6 млрд лет. Астрономы считают, что оно уже на полпути к смерти. Примерно через 5 млрд лет наша звезда перестанет превращать водород в гелий. Как только в ядре закончится топливо для противодействия гравитации, оно начнет сжиматься. Тем временем внешняя оболочка Солнца будет расширяться. Оно станет настолько большим, что поглотит орбиты Меркурия и Венеры.
Примерно через миллиард лет внешнее ядро израсходует водород и перейдет к синтезу гелия. В конце концов у звезды закончится топливо, а его ядро сожмется в шар из углерода и кислорода, называемый белым карликом. Внешние слои рассеются и превратятся в туманность — оболочку горячей остаточной плазмы.
В конце концов Солнце станет одной из миллионов звезд, наполняющих ночное небо какой-нибудь инопланетной цивилизации.