Наверняка вы стояли когда-нибудь ночью под открытым небом и смотрели, как звёзды словно подмигивают вам. Они то ярче светят, то тускнеют, иногда даже меняют цвет — с белого на голубоватый или красноватый. У науки есть объяснение.
Спойлер: дело вовсе не в самих звёздах. Они светят абсолютно ровно. Вся проблема или вся красота в нашей атмосфере.
Что на самом деле происходит?
Звёзды находятся от нас на огромном расстоянии. Свет от неё летит к нам больше четырёх лет. И весь этот путь он проходит через пустоту космоса, где ничто ему не мешает.
Но вот долетел луч света до Земли и тут начинается интересное. Ему нужно пройти сквозь атмосферу — слой воздуха толщиной около 100 километров. И вот тут-то его начинает швырять из стороны в сторону.
Атмосфера — это не ровная прозрачная стена. Это постоянно движущиеся слои воздуха разной температуры и плотности. Тёплый воздух поднимается вверх, холодный опускается вниз, где-то дует ветер, где-то всё спокойно. Получается такая воздушная каша, которая всё время перемешивается.
Почему свет искривляется?
Когда луч света проходит из одной среды в другую — он меняет направление. Это называется преломлением. Вы наверняка замечали, что соломинка в стакане с водой выглядит сломанной на границе воды и воздуха. Это и есть преломление.
То же самое происходит, когда свет звезды проходит через атмосферу. Он встречает слои воздуха с разной плотностью и температурой и каждый раз чуть-чуть меняет направление. Причём эти слои постоянно движутся, так что и направление света постоянно скачет.
Наш глаз ловит эти изменения и нам кажется, что звезда мерцает. На самом деле мерцает не она, а её изображение, искажённое атмосферой.
Почему планеты не мерцают?
Вот тут становится по-настоящему интересно. Если посмотрите на ночное небо внимательно, заметите: некоторые яркие точки мерцают, а некоторые светят ровно. Те, что светят ровно, — это планеты.
Дело в том, что звёзды находятся так далеко, что даже в самый мощный телескоп видны как точки. Для нашего глаза звезда — это один-единственный источник света, одна точка. И когда атмосфера смещает эту точку, мы сразу это замечаем.
А вот планеты гораздо ближе к нам. Они выглядят как крошечные диски, даже если мы этого не различаем невооружённым глазом. Это множество точек, расположенных рядом. Атмосфера смещает их тоже, но поскольку точек много, эффект усредняется — какие-то становятся ярче, какие-то тусклее, но в целом планета светит ровно.
Попробуйте ночью найти на небе яркую точку, которая не мерцает — скорее всего, это Венера, Марс или Юпитер.
Цветные вспышки
Иногда можно заметить, что звезда не просто мерцает, а будто переливается разными цветами — белым, голубым, красным. Особенно это заметно у ярких звёзд вблизи горизонта.
Тут снова виновата атмосфера, но работает другой эффект — дисперсия. Белый свет звезды состоит из всех цветов радуги. Когда он проходит через воздух, разные цвета отклоняются по-разному: красный — меньше, синий — сильнее.
Когда атмосфера особенно неспокойна, эти цвета начинают расходиться сильнее — и мы видим цветные вспышки. Чем ближе звезда к горизонту, тем толще слой атмосферы, через который проходит её свет, — и тем сильнее эффект.
Почему мерцание усиливается?
Есть моменты, когда звёзды мерцают особенно сильно. Обычно это происходит в таких ситуациях:
Звезда низко над горизонтом
Чем ниже звезда, тем больше атмосферы между ней и вами. Свет идёт не сверху вниз, а под углом и путь через воздух получается длиннее.
Холодный зимний воздух
Зимой контраст температур между разными слоями атмосферы сильнее. Холодный воздух у земли, тёплый — выше. Граница между ними резкая, и свет на ней преломляется активнее.
После дождя или грозы
Когда в атмосфере много влаги и турбулентности, воздушные потоки движутся сильнее. Отсюда и более заметное мерцание.
В горах и на высоте
Казалось бы, на высоте атмосферы меньше — должно быть лучше. Но там воздушные потоки сильнее, особенно на границе облачного слоя. Так что мерцание может быть даже заметнее.
Зачем это знать астрономам?
Для астрономов мерцание звёзд — настоящая головная боль. Когда пытаешься рассмотреть в телескоп далёкую галактику или изучить детали на поверхности другой планеты, атмосфера всё размазывает и искажает.
Поэтому крупные обсерватории строят в особых местах:
- На вершинах гор — там атмосферы меньше
- В пустынях — там воздух сухой и спокойный
- Вдали от городов — нет световых помех и тепловых потоков от зданий
Но даже это не решает проблему полностью. Поэтому в современных телескопах используют адаптивную оптику — систему, которая в реальном времени отслеживает колебания изображения и компенсирует их с помощью деформируемых зеркал. Зеркало буквально меняет форму сотни раз в секунду, чтобы «выпрямить» искажённый атмосферой свет.
А самый надёжный способ — отправить телескоп в космос, как сделали с «Хабблом» и «Джеймсом Уэббом». Там никакой атмосферы, и звёзды видно так чётко, как только возможно.
Вывод
Теперь, когда вы знаете причину мерцания звёзд, стало ли небо менее романтичным? Вряд ли. Наоборот, становится ещё интереснее смотреть вверх и понимать, что происходит.
Каждая дрожащая звёздочка — это напоминание о том, что мы живём на дне воздушного океана. Что наша планета окутана защитным одеялом из газов, которое не только даёт нам кислород, но и устраивает космическое световое шоу каждую ночь.
Подписывайтесь на наш телеграм канал, там еще больше науки и лайфхаков! https://t.me/science_wtf