С самого рождения человек привыкает к тому, что небо над его головой может быть разного цвета. Почему это происходит? Почему ночью небо, украшенное множеством звезд, становится совершенно черным или иссиня-фиолетовым? Почему днем оно бывает голубым, но делается туманным и серым, когда покрывается густыми тучами? Почему во время заката или рассвета на небе видны оттенки сиреневого, красного и желтого? Отвечая на эти вопросы, необходимо понять, что такое небо с научной точки зрения.
Что такое небо?
С точки зрения науки небо – это пространство над планетой, панорама, которая открывается при взгляде с ее поверхности вверх, в сторону космоса. Структуру неба составляют слои атмосферы. Физические процессы сопровождаются появлением облаков, туч, ливней и гроз.
Небо над Землей и над другими планетами является оболочкой, которая представляется в различных цветах при взгляде в космос. И у каждой планеты цветовая гамма неба своя. Уже давно существуют определения Земного неба, Лунного, Марсианского и других. Различие между небом над каждым космическим телом обуславливается уникальностью атмосферы каждого из этих тел. Уникальным для каждого космического тела является и молекулярный состав атмосферы, который определяет, какие процессы будут происходить на той или иной планете.
От чего зависит вид неба?
Так, атмосфера Марса не способно задерживать различные метеориты и иные тела из космоса, поэтому на этой планете нередко можно наблюдать метеоритные дожди и значительные перепады температур. Цвет неба на Марсе имеет рыжеватые оттенки, так как атмосфера здесь содержит микроскопические металлические соединения.
В отличие от атмосферы Марса, атмосфера Земли имеет множество слоев, которые надежно защищают планету от инородных космических тел. Этому также способствует наличие озонового слоя и молекул кислорода в атмосфере. Поэтому падение на Землю метеорита – событие исключительное, приравнивающееся к катастрофе мирового масштаба. Кроме того, атмосфера Земли защищает свою планету от межзвездной пыли и резких перепадов температур.
Факторы влияющие на вид неба
Наукой установлен ряд факторов, которые оказывают влияние на то, как выглядит небо. К этим факторам относятся:
- состав атмосферы;
- погода;
- время года;
- время суток;
- место наблюдения за небом.
Космические тела в небе над Землей
Для того чтобы охарактеризовать все огромное количество космических тел, которое видно в ночное время, существует специальный термин «звездное небо». Например, к участкам звездного неба относятся созвездия. Они были открыты людьми еще в древности с целью изучения неба. Это открытие дало возможность легко узнавать каждый участок звездного неба. Кроме того, при помощи созвездий стало проще измерять время и ориентироваться на местности. Эти знания можно было применять в сельском хозяйстве.
Сами по себе созвездия представлены как фигуры животных и мифических персонажей. На звездном небе они кажутся находящимися недалеко друг от друга, однако на самом деле между ними может быть огромное расстояние. Звезды, объединенные людьми в единое созвездие, могут быть и вовсе не связаны друг с другом, находясь как близко к Земле, так и очень далеко.
Среди звезд на чистом небе часто можно увидеть луну. Днем вместо луны на небе видно солнце. Если по небу плывут облака, то сверху они будут напоминать взбитые сливки, а поверхность Земли может быть вовсе не видно. Если же посмотреть сверху на грозовые тучи, то откроется еще более величественная картина, чем при наблюдении за грозой с земли.
Почему небо разноцветное?
С различных точек Земли небо выглядит по-разному. Чистое дневное небо имеет голубые оттенки в любых уголках планеты. Оттенки становятся более насыщенными в солнечные дни. И, наоборот, в период облачности небо наполняется более бледными оттенками. От расположения облаков зависит облик неба в том или ином регионе, они находятся в определенном месте и достаточно недалеко от поверхности Земли.
Интересным является тот факт, что облака лишь кажутся воздушными и невесомыми. Они свободно и плавно путешествуют по небу, несмотря на то, что в среднем облако весит около десяти тонн. Это возможно благодаря тому, что вес облака распределен между каплями воды и маленькими кристаллами льда. При этом срок существования облаков ограничен.
Для более продолжительной жизни облакам требуется высокая влажность атмосферного воздуха. При низкой влажности облака испаряются. Бывают случаи, что облако целиком испаряется в течение 15 минут. Если влажность воздуха высокая, то облако будет существовать достаточно долго, однако велика вероятность выпадения осадков.
Время суток – еще один фактор, в зависимости от которого абсолютно во всех регионах меняется цвет неба.
Явления, связанные с изменением цвета неба, в соответствии с законами физики объясняются преломлением и рассеянием света. При этом, чем больше длина волны того или иного цвета, тем быстрее он рассеивается. Так, днем солнечный свет падает на Землю вертикально, его частицы рассеиваются таким образом, что человек видит только синие и фиолетовые оттенки, которые имеют небольшую длину волны. Во время рассвета или заката лучи Солнца падают на землю под другим углом таким образом, что синие волны не попадают на земную поверхность. В результате небо насыщается красными оттенками.
Физико-астрономическая теория неба
Несмотря на больше количество звезд в космосе Солнце является единственным небесным телом, находящимся достаточно близко и обладающим достаточной яркостью для того, чтобы оказывать влияние на цвет неба над Землей.
Важно знать тот факт, что Солнцу около 4,5 млрд лет. Примерно через столько же оно превратится в погасшую звезду, называемую «белый карлик». К этому моменту все планеты Солнечной системы остынут и будут вращаться уже вокруг погасшей звезды.
На данный момент времени в ядре Солнца происходит превращение водорода в гелий. Когда водород, который сейчас составляет 73% массы этой звезды, полностью выгорит, начнется постепенное увеличение радиуса Солнца. Звезды в такой стадии носят название «красный гигант» и представляют собой огненный шар гигантских размеров.
Солнце продолжит расширяться примерно до орбиты Венеры, после чего пройдет несколько состояний, после которых полностью прекратятся ядерные реакции. Прохождение этих стадий и приведет Солнце к состоянию «белый карлик». Эта звезда будет иметь примерно в 100 раз меньший радиус и в 100-1000 раз меньшую вместимость, чем сегодня имеет Солнце.
Все эти расчеты основаны на научных исследованиях. Для этого астрономы анализировали массу Солнца и скорость осуществления ядерных реакций. В результате было определено, на какой срок хватит водорода внутри Солнца для полноценного функционирования этой звезды.
Как было отмечено, планеты Солнечной системы также остынут. Меркурий и Венера будут поглощены на стадии красного гиганта, а раскаленная атмосфера Солнца поглотит и Землю. При этом на Марсе вполне могут появиться условия, пригодные для жизни, так как до него это расширение не дойдет. Таким образом, до того момента, когда Солнце полностью потухнет, вокруг него будут вращаться остатки уцелевших планет, таких как Марс, Юпитер и Сатурн.
Небо, которое мы видим на своей планете
Возвращаясь к анализу связи Солнца и Земного неба необходимо сказать, что синий и красный не являются единственными частями цветового спектра, на который распадается солнечный свет. В этот спектр входят все цвета радуги. Однако, проходя через атмосферу и сталкиваясь с различными частицами в воздухе, лучи спектра меняют свое направление. При этом сами солнечные лучи имеет белый цвет, в который и окрасилось бы небо, если бы все части спектра достигли Земли. Однако различные процессы позволяют пройти весь путь лишь голубым и синим волнам.
Частицами, которые находятся в воздухе и мешают световым волнам достигнуть поверхности Земли, являются различные газы, а также капли воды и льда. Молекулы газов поглощают фотоны солнечного света и вырабатывают свои, вторичные фотоны. Цветовая гамма этим новых фотонов может быть абсолютно любой. Кроме того, отличается длина их волн и направление движения.
Наукой доказано, что вторичные фотоны синего цвета встречаются в восемь раз чаще красных фотонов. Таким образом, синий цвет неба во многом обусловлен влиянием атмосферных газов.
Наш ближайший спутник
Космические тела, которые можно увидеть, находясь на Земле, по-разному приближены к экватору и к полюсам. Это касается и естественного спутника Земли – Луны. На экваторе она видна лучше, она становится больше в размерах до такой степени, что можно разглядеть ее кратеры и океаны. Также на экваторе часто можно увидеть голубую либо синюю Луну, что в остальных регионах является достаточно редким явлением. Это объясняет тот факт, что ученые наблюдают за космическими телами именно с экваториальных широт.
Роль неба в мифологии
Исторически именно небо являлось тем местом, которое люди наделяли различными волшебными свойствами. Существует несколько мифологий, в которых небо и земля наделены божественными силами. Египтяне называли их Нуб и Гея, древние Греки – Уран и Гея. В других мифологиях утверждалось, что небо является местом обитания Богов или душ умерших.
Некоторые современные религиозные течения основывают свои учения, опираясь на научные знания. Так, в христианстве существует термин «небеса», который символизирует место обитания ангелов и душ. Небеса получили свое названия благодаря величественности голубого неба, расстилающегося над Землей.
Развитие науки помогло развеять практически все эти мифы. Человек смог исследовать не только небо. В настоящее время активно исследуется и космическое пространство, которое хранит в себе еще больше загадок.
