Небо

Ясное небо
Облачное небо на закате

Небо (производные небеса, небосвод) — всё видимое над Землёй пространство. Происходит от греч. Νέφος — облака (далее лат. Nebula — пар, туман, дым, облако; нем. Nebel — туман), в первоначальном значении «небо неясное или облачное»[1].

Пространство над поверхностью Земли или любого другого астрономического объекта. В общем случае — панорама, открывающаяся при взгляде с этого объекта в направлении космоса[источник не указан 29 дней].

Содержание

Земное небо

Вид земного неба зависит от времени суток, времени года и основной погоды. На нём часто видны облака и спутник Земли — Луна. Вид земного неба из самолёта, летящего над дождевыми облаками, может существенно отличаться от его вида в это время с земной поверхности.

Безоблачные дневные небеса окрашены в голубой цвет. Во время восхода и заката Солнца на небе появляются оттенки жёлтого, оранжевого и красного цветов, а изредка можно увидеть и зелёный луч.

Ночью голубой и синий цвет неба сменяется тёмно-синим, см. далее. Могут быть отчётливо видны Луна, звёзды, и прочие астрономические объекты. Звёздное небо — совокупность светил, видимых ночью или в сумерках на небесном своде.

Безоблачное дневное небо выглядит синим, потому что воздух, а точнее взвешенные частицы и флуктуации плотности в нём, рассеивают коротковолновый (синий) свет сильнее длинноволнового (красного). Благодаря этому, если посмотреть на участок небес вне солнца, мы увидим голубой цвет — результат смешения большого количества синего и фиолетового цвета и малого количества других цветов. Рассеянием света объясняется и красный цвет заката. Во время заката и рассвета световая волна проходит гораздо больший путь в атмосфере по касательной к земной поверхности, нежели днём по вертикали. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света уходит в стороны, в то время как прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небеса вблизи горизонта, окрашиваются в красные тона.

Рассеяние и поглощение — это главные причины затухания света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает Рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния обратно пропорционален четвёртой степени длины волны. При больших значениях отношения диаметра частицы к длине волны рассеяние меняется согласно теории Ми; когда же это отношение больше 10, начинают работать законы геометрической оптики.

В представлениях древних, небо и земля (у древних греков — Уран и Гея, у древних египтян — Нут и Геб) являлись прародителями богов и стихий.

Цвет и яркость неба

Яркость неба в зависимости от времени суток, высоты, направления, положения Солнца, влажности, содержания пыли и аэрозолей, подвержена значительным колебаниям. Яркость дневного неба на одной высоте, обусловленная только рассеянием света, может меняться почти на два порядка[2][3]. Приведём некоторые значения яркости на уровне моря.

Яркость неба на уровне моря
Высота Видимая яркость Пояснение
до 20 000 кд/м² Чистое небо у горизонта при высоте Солнца 30° и прозрачности атмосферы p = 0,80[4]
10 000 кд/м² Дневное небо покрыто светлыми облаками[5]
8120 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 60° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64[6]
5170 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 60° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74[6]
3080 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 30° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64[6]
2270 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 30° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74[6]
1490 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 30° и повышенной прозрачности атмосферы p = 0,83[6]
790 кд/м² Чистое небо в зените при высоте 10° и прозрачности атмосферы p = 0,80[7]
ок. 0,005 кд/м² Небо в полнолуние[8]
. 0,01—0,0001 кд/м² Ночное тёмно-синее небо[6][5]
 
Небо Титана

С высотой яркость неба снижается, цвет его с поднятием смещается от голубого к синему, а затем к фиолетовому цвету. Это объясняется последовательностью рассеяния света толщей атмосферы по спектру от коротковолнового излучения к длинноволновому, то есть верхние слои атмосферы рассеивают невидимые УФ-лучи, пониже рассеиваются фиолетовые лучи, ещё ниже синие и затем голубые лучи[9]. Если бы наша атмосфера была потолще, то безоблачное дневное небо могло быть белёсым с зеленоватым оттенком, ещё мощнее — жёлтым, оранжевым (как как на спутнике Сатурна Титане и на Венере, см. Внеземные небеса) и красным. Эти оттенки можно видеть во время зари, как сказано выше.

Если небо покрыто облаками, тучами, дымкой, туманом и другими явлениями, то с высотой яркость в целом падает неравномерно, ступенчато, на отдельных участках может возрастать, например на выходе из тучи. Чистое небо уменьшает свою яркость более плавно, почти экспоненциально [10]. До высот 100—110 км яркость падает примерно в 2 раза на 4—5 км[2], свыше 100 км снижение яркости замедляется и всё больше зависит от люминесцентного свечения атомов в ионосфере[11].

Известно, что бывавшие в стратосфере люди описывают небо как очень тёмное, почти космическое, с удивлением не обнаруживая на нём звёзд [12][13][14]. Швейцарский учёный Огюст Пиккар в начале 1930-х годов рассчитывал увидеть звёзды уже при подъёме на 15—16 км[15]. После полёта он сделал вывод, что крупные звёзды могут быть видны на высотах не менее 20—25 км[16]. Но и эти высоты недостаточны. Проведённые позже измерения и расчёты показали, что реальная яркость дневного стратосферного неба соответствует довольно светлым ранним сумеркам и полному солнечному затмению, видимость первых звёзд невооружённым глазом сдвигается ближе к мезосфере. Но до сих пор в развлекательной литературе и в серьёзных источниках имеются утверждения о полноценном ночном небе днём на высотах 20—30 км с возможностью ориентироваться там по звёздам [17].

 
«Космическое» небо с самолёта

Наблюдаемая и фотографируемая темнота зенита в стратосфере обусловлена резким контрастом его с Солнцем, небом у горизонта и освещёнными поверхностями шара с кабиной[18][19], а также пониженной чувствительностью человеческих глаз к синему и фиолетовому свету в дневных условиях. Сложности полёта и кислородное голодание могут ещё понизить восприимчивость глаз к свету. В сумерках же чувствительность к синему свету увеличивается (эффект Пуркинье)[20] и у человека есть много времени привыкнуть к снижению освещённости и увидеть цвет неба.

Подобный эффект тёмного неба и кажущейся близости космоса можно наблюдать и сфотографировать на самолёте, в горах, а иногда и на уровне моря при высокой прозрачности воздуха, когда синий цвет неба «забивается» очень ярким отражённым свечением облаков, заснеженных горных склонов и застеклённых зданий.

В начале 1950-х годов существовало обратное преувеличение яркости высотного неба из-за несовершенных измерительных приборов, поднимавшихся на ракетах и отсутствия возможности опровергнуть это прямыми наблюдениями. Тогда считалось, что после 35—40 км яркость неба перестаёт снижаться и до 135 км составляет 1—3 % от наземной или примерно в 10 тысяч раз больше ночного фона, что объяснялось мощным дневным люминесцентным свечением верхних слоёв атмосферы[10][21][22]. В дальнейшем это не подтвердилось[23].

В следующей таблице приведены убывающие с высотой средние значения яркости безоблачного неба в зените при положении Солнца 30—35 градусов над горизонтом. Показано сравнение вида неба с сумерками, которое имеет место в научной литературе. В сумерки Солнце погружается на определённый угол за горизонт, небо как при взлёте темнеет и постепенно появляются всё менее яркие звёзды. Однако надо заметить, что даже в хороших условиях наблюдения в сумерки люди чётко видят звёзды с отставанием на 1,5 звёздные величины от указанной пороговой [24]. А в условиях заатмосферного полёта, когда сильный солнечный свет и освещённая поверхность вызывают сокращение зрачков и не дают глазам переключиться на ночное зрение, дневная видимость звёзд даже на космических высотах и на Луне очень ограничена[25].

В дополнение указаны некоторые явления, которые своей яркостью могут помешать наблюдать звёзды не только в стратосфере, но и в мезосфере, и за линией Кармана.

Яркость безоблачного неба в зените на различных высотах при положении Солнца 30—35° над горизонтом
Высота Наземные сумерки и пороговая звёздная величина[# 1] Видимая яркость Примечания, факты и субъективные впечатления
150 км от 0,000003 кд/м²[3] 150—160 км — небо становится чёрным[22][26]: яркость приближается к минимальной различаемой глазом яркости 1⋅10-6 кд/м²[5].
140 км ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ Полярные сияния на высоте 90—400 км имеют яркость до 1 кд/м²[27][28]
130 км от 0,000005 кд/м²[2]
120 км от 0,00001 кд/м²[2] Свыше 100 км дневная видимость звёзд равнозначна ночной[24].
110 км от 0,00003 кд/м²[2] Фоновая яркость Млечного Пути около 0,0004 кд/м²[29]
100 км Airglow −15° 5,6 зв. вел. 0,00044 кд/м² при
высоте 35°[24]
Тёмно-буро-фиолетовый цвет, яркость приближается к ночной 0,01—0,0001 кд/м²[2][30] Максимум собственного свечения атмосферы[31].
90 км -11° 5,0 зв. вел. 0,0025 кд/м² 35°[24] Небо как в лунную ночь, когда у него яркость около 0,005 кд/м²[8]
80 км NLC   −9° 4,5 зв. вел. 0,015 кд/м² 35°[24] Летом могут быть серебристые облака с яркостью до 1—3 кд/м²[32]
70 км -7° 3,8 зв. вел. 0,086 кд/м² 35°[24] Видны два десятка звёзд до 2-й звёздной величины[8]
60 км -6° 3,2 зв. вел. 0,323 кд/м² 35°[24] Небо в зените соответствует окончанию гражданских сумерек.
50 км -5° 2,6 зв. вел. 1,4 кд/м² 35°[24] Видны планеты и звёзды до 1-й звёздной величины[8]
40 км -4° 1,9 зв. вел. 4,74 кд/м² 35°[24] Небо как в начале синего часа. Яркость снега в полнолуние 5 кд/м²[5]
30 км -3° 1,1 зв. вел. 18,3[24]; 20 кд/м² или
1/120 наземной[30]
Пурпурно-чёрный цвет

[33][34]. В северном полушарии невооружённым глазом ни одной звезды не видно, могут быть видны самые яркие планеты (Венера, Марс, Юпитер, очень редко Сатурн)[24]

25 км 40 кд/м² 30°[9] Максимальная высота перламутровых облаков 25—27 км.
22 км Цвет тёмно-синего сукна при свете кварцевой и обычной ламп[13][14]
21 км Перламутровые облака Чёрно-фиолетово-серый, чёрно-серый цвет. Звёзд не видно[35][12][36]
20 км тёмно-сине-фиолетовый, чёрно-фиолетово-серый цвет[35][12]
19 км 74,3 кд/м² ☉ 30°[18] Тёмно-фиолетовый тёмный, чёрно-фиолетово-серый цвет[35]
18 км -2°[24]-0,3зв.вел. [37] 100 кд/м²30°[9] Покрытый чернилами чёрный бархат; небо как в солнечное затмение[38]
17 км Тёмно-фиолетовый

[39]; тёмно-тёмно-фиолетовый цвет[35][12]

16 км Тёмно-лиловый[40], тёмно-тёмно-фиолетовый, аспидно-серый цвет[35][12]
15 км Тёмно-синий, фиолетовый, почти чёрный[40]; чёрно-синий цвет[12]
14 км Тёмно-синий[40]; чёрно-синий цвет[12]
13 км Тёмно-фиолетовый цвет[35][12]
12 км -1°[41] 280 кд/м² (11,6 км)[42] Тёмно-синий цвет[35]
11 км Тёмно-синий цвет[35][12]
10 км Перистые облака 392 кд/м² (10,4 км)[6] Выше 10—15 км небо становится тёмно-фиолетовым[43]
9 км Тёмно-синий цвет[35][12]
8 км [41] 441 кд/м² (8,4 км)[42] Тёмно-синий цвет[35][12]. Может быть видна Венера[24]
7 км Яркость падает почти экспоненциально в 2 раза на 4—5 км[10][2]
6 км 770 кд/м² (5,5 км)[6] После 5 км в воздухе мало водяных паров[44].
5 км Сине-голубое небо[45].
4 км Сине-голубое небо[45]
3 км +5°[41] св. 1000 кд/м²[9] Интенсивность свечения неба примерно в 2 раза меньше наземной[10]
2 км Кучевые облака
1 км Яркость Луны при взгляде с поверхности 2500 кд/м²[5]
0 км +30°  2230 кд/м² Яркость зенита при средней прозрачности и высоте Солнца 30°[6].
Высота Наземные сумерки[# 1] Яркость Примечание
Примечания
  1. 1 2 Градус погружения Солнца за горизонт при соответствующих по яркости неба сумерках.
    Пороговая звёздная величина — минимально возможная различаемая невооружённым глазом звёздная величина после длительной адаптации к темноте.

Фотогалерея

См. также

Примечания

  1. Небо // Толковый словарь русского языка с включением сведений о происхождении слов / ред. Н. Ю. Шведова. М.: Азбуковник, 2008. С. 503.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Hughes J.V. Sky Brightness as a Function of Altitude (англ.) // Applied Optics. — 1964. — Vol. 3, no. 10. — P. 1135—1138.
  3. 1 2 Микиров, Смеркалов, 1981, с. 146.
  4. Пясковская-Фесенкова, 1957, с. 67, 71.
  5. 1 2 3 4 5 Енохович А. С. Справочник по физике / под ред. акад. И. К. Кикоина. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1990. — С. 213. — 384 с.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Смеркалов, 1962, с. 49.
  7. Пясковская-Фесенкова, 1957, с. 75, 81.
  8. 1 2 3 4 Tousey R., Koomen M. J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight (англ.) // Journal of the Optical Society of America. — 1953. — Vol. 43, no. 3. — P. 177—183.
  9. 1 2 3 4 Смеркалов, 1962, с. 25.
  10. 1 2 3 4 H. A. Miley, E. H. Cullington, J. F. Bedinger. Day‐sky brightness measured by rocketborne photoelectric photometers (англ.) // Eos, Transactions American Geophysical Union. — 1953. — Vol. 34, no. 3. — P. 680–694.
  11. Микиров, Смеркалов, 1981, с. 5.
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Томсон К. Полёт стратостата «ОАХ» // Техника — молодёжи. — 1934. — Апрель. — С. 17—23.
  13. 1 2 Стивенс Полёт в стратосферу, 1936, с. 101.
  14. 1 2 Стивенс, 1937, с. 111.
  15. Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы, 1935, с. 244.
  16. Пикар, 1935, с. 111.
  17. Широкорад А. Крылатые ракеты подводных лодок // Авиация и космонавтика. — 1995. — № 10. — С. 45.
  18. 1 2 Кастров В. Рассеяние света и проблема стратосферы // Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы.. — Л.-М., 1935. — С. 169—175, 255.
  19. Стивенс Полёт в стратосферу, 1936, с. 38.
  20. Забелина, 1978, с. 31, 39, 40.
  21. Морозов В. Измерения яркости дневного неба фотоэлектрическими фотометрами, поднимаемыми на ракетах // Успехи физических наук. — 1954. — Т. 53, № 5. — С. 142—145.
  22. 1 2 Бургесс З. К границам пространства. — М.: Издательство иностранной литературы, 1957.
  23. Микиров, Смеркалов, 1981, с. 144.
  24. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Koomen M. J. Visibility of Stars at High Altitude in Daylight (англ.) // Journal of the Optical Society of America. — 1959. — Vol. 49, no. 6. — P. 626—629.
  25. Лебедев В.. Дневник космонавта.
  26. Space Environment and Orbital Mechanics. United States Army. Проверено 24 апреля 2012.
  27. Исаев С. И., Пудовкин М. И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли / под ред. акад. И. К. Кикоина. — Л.: Наука, 1972. — 244 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
  28. Забелина, 1978, с. 66.
  29. Забелина, 1978, с. 76.
  30. 1 2 Смеркалов, 1962, с. 25, 49.
  31. Физическая энциклопедия / А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 139. — 704 с.
  32. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л. Источники и приемники излучения / под ред. акад. И. К. Кикоина. — СПб.: Политехника, 1991. — 240 с. — ISBN 5-7325-0164-9.
  33. Grimes, William. David Simons, Who Flew High on Eve of Space Age, Dies at 87 (англ.) // The New York Times. — 2010. — 17 April.
  34. Altitude record: 2nd Quality (англ.) // Life Magazine. — 1957. — 2 September.
  35. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Виленчик М. М., Дёмина Л. И. Измерение цвета неба со стратостата // Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. — Л.-М., 1935. — С. 231—237.
  36. Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы, 1935, с. 245.
  37. Курс астрофизики и звёздной астрономии / А. А. Михайлов. — М.: Наука, 1974. — Т. 1.
  38. Стивенс, 1937, с. 34.
  39. А. Гарри, Л. Кассиль. Потолок мира. — Советская литература, 1934.
  40. 1 2 3 Пикар, 1935, с. 111, 126, 156.
  41. 1 2 3 Koomen M. J., Lock C., Packer D. M., Scolnik R., Tousey R., Hulbert E. O. Measurement of the Brightness of the Twilight Sky (англ.) // Journal of the Optical Society of America. — 1952. — Vol. 42, no. 5. — P. 355.
  42. 1 2 Смеркалов, 1962, с. 53.
  43. Атмосфера // Аризона — Аяччо. — М. : Советская энциклопедия, 1950. — С. 380. — (Большая советская энциклопедия : [в 51 т.] / гл. ред. С. И. Вавилов ; 1949—1958, т. 3).
  44. Смеркалов В. А. Спектральная яркость дневного неба на различных высотах // Труды Краснознамённой ордена Ленина Военно-воздушной академии им. проф. Жуковского Н. Е.. — 1961. — Вып. 871. — С. 44.
  45. 1 2 Гонтарук Т. И. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Космос. — М.: АСТ, 1996. — С. 19. — 448 с. — ISBN 5-88196-354-7.

Литература

  • Забелина И. А. Расчёт видимости звёзд и далёких огней. — Л.: Машиностроение, 1978. — 184 с.
  • Микиров, А. Е., Смеркалов, В. А. Исследование рассеянного излучения верхней атмосферы Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1981. — 208 с.
  • Пикар А. Над облаками. — М.-Л.: ОНТИ, 1935. — 184 с.
  • Пясковская-Фесенкова Е. В. Исследование рассеяния света в земной атмосфере / В. В. Сытин. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1957. — 219 с.
  • Смеркалов В. А. Спектральная яркость рассеянного излучения земной атмосферы (метод, расчёты, таблицы) // Труды Краснознамённой ордена Ленина Военно-воздушной академии им. проф. Жуковского Н. Е.. — 1962. — Вып. 986.
  • Стивенс А. У. Полёт в стратосферу / В. В. Сытин. — М.-Л.: ОНТИ, 1936. — 106 с.
  • Стивенс А. Два полёта американских стратостатов / Б. Н. Воробьёв. — М.: Ц.С. Союза Осоавиахим СССР, 1937. — 120 с.
  • Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. — Л.-М, 1935.

Ссылки