Постановочные кадры
На самом деле, чаще всего космические аппараты, исследующие Солнечную систему, делают черно-белые снимки — такие камеры проще, надежнее и дешевле. Для того чтобы получить цветное изображение, роверы или зонды делают три черно-белых кадра: через красный, зеленый и синий фильтры, а потом составляют из них цветное изображение. Кстати, именно так в начале XX века получил первые в мире цветные снимки большой энтузиаст фотографии и изобретатель Сергей Прокудин-Горский. Его камера имела три объектива, которые одновременно делали три черно-белых снимка через фильтры, а цветное изображение «синтезировалось» уже после, в проекторе.
Несмотря на «окольный» способ производства, получаемые таким образом цветные изображения вполне передают реальные цвета. Так откуда же берется синий закат на Марсе?
Физика и пыль
Дело в том, что атмосферы Марса и Земли очень сильно отличаются. На Марсе она заметно менее плотная и очень пыльная. В составе пыли есть совсем крошечные частицы, размер которых сопоставим с длиной волны света. Днем мельчайшие пылинки поглощают синюю часть спектра солнечного света и небо на Марсе имеет такой же красноватый оттенок, как и вся его поверхность. Когда Солнце садится, путь, который свет проделывает в атмосфере планеты, становится длиннее и главенствующим оказывается другой эффект — рэлеевское рассеяние света . При этом в марсианской атмосфере сильнее рассеивается синий свет. Именно из-за этого вокруг садящегося Солнца на Марсе мы видим голубое сияние.
Типичный марсианский закат. Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS/Damia Bouch
Другие небеса
Марс входит в элитный клуб из четырех небесных тел с атмосферой, поверхность и небо которых мы смогли увидеть в цвете. Другие два члена клуба — Венера и Титан, ну и, конечно, наша Земля.
1 марта 1983 года на поверхность Венеры опустился зонд «Венера-13», который смог проработать при температуре 456 градусов по Цельсию и давлении в 92 атмосферы 127 минут. «Венера» с несчастливым номером была не первым аппаратом, который передал снимки с поверхности нашей ближайшей соседки по Солнечной системе, однако это были первые цветные снимки. На спускаемом аппарате находилось две «цветные» телефотометрические камеры TFZL-077. Они получали изображение, делая снимки через три цветных фильтра — синий, зеленый и красный.
В поле зрения панорамных камер «Венеры-13» находилась эталонная цветовая шкала. Получив синтезированные цветные изображения, земные ученые смогли откорректировать их по этой шкале. Целью съемки была поверхность планеты, однако в уголках панорам видно желтеющее небо. Четыре дня спустя, 5 марта, цветные снимки сделал дублер «Венеры-13», аппарат «Венера-14», проработавший на поверхности всего 57 минут. Желто-зеленый цвет Венеры тоже объясняется рэлеевским рассеянием. Однако, по словам заместителя руководителя лаборатории инфракрасной спектроскопии планетных атмосфер высокого разрешения МФТИ Александра Родина, именно такой цвет обусловлен, во-первых, повышенной плотностью венерианской атмосферы, а во-вторых, наличием в ней большого количества серной кислоты.
По краям от венерианской поверхности видны фрагменты неба. Фото: ИКИ РАН
«Цветного» покорения следующего небесного тела с атмосферой пришлось ждать больше десяти лет. 14 января 2005 года созданный в Европейском космическом агентстве (ESA) спускаемый аппарат «Гюйгенс», доставленный в систему Сатурна зондом NASA «Кассини», опустился на поверхность крупнейшего спутника Сатурна, Титана.
Долгое время считалось, что это самый большой спутник в Солнечной системе, но исследования «Вояджеров» в 1980-х показали, что Титан кажется крупнее, чем он есть, из-за плотной метановой атмосферы, которую принимали за поверхность спутника. Но даже за вычетом атмосферы это немаленькое небесное тело: среди спутников его обгоняет только юпитерианский Ганимед. Титан больше не только нашей Луны, но и Меркурия с Плутоном.
«Гюйгенс» проработал 147 минут во время спуска на парашюте и еще 72 минуты передавал сигналы с поверхности, успев отправить на Землю 700 мегабайт информации, в том числе было 350 снимков, некоторые из которых были цветными.
На фотографиях Титан выглядит хоть и безжизненным, но вполне мирным. На деле человек не продержался бы там и нескольких секунд. Фото: NASA/JPL/ESA/University of Arizona
Камеры аппарата запечатлели желто-коричневую поверхность спутника из замерзших углеводородов, только что омытую метановым дождем (климат на Титане не слишком хорош). Небо на сатурнианской луне тоже желто-коричневое, а сам спутник на снимках желто-зеленый. И здесь опять «работает» то самое рассеяние, только на других газах.
После того как астрономы сфотографировали пейзаж на Титане, в Солнечной системе не осталось «атмосферных» объектов с цветными небесами (планеты-гиганты, которые состоят из газа и жидкости, не в счет). На всех остальных небесных телах Солнечной системы, от Меркурия и до Плутона, небо будет черным — хоть на черно-белой, хоть на цветной фотографии. Там нет сколько-нибудь значимой атмосферы, а значит, рассеиваться солнечному свету не на чем.
В фантастических фильмах мы видим иные миры с небесами, кажется, всех цветов радуги. Но ответить на вопрос, какого цвета действительно может быть небо на планетах вне Солнечной системы (так называемых экзопланетах), ученые пока не могут. Мы можем только предполагать, какие у этих планет атмосферы: на сегодня открыто больше трех тысяч экзопланет, и большинство из них находятся в звездных системах, которые совсем не похожи на Солнечную. Да и сам свет звезд, которые освещают эти планеты, может быть совсем не таким, как свет от Солнца: планеты могут быть у красных карликов, у голубых гигантов, у белых гигантов и даже у почти фиолетовых (в видимом диапазоне) коричневых карликов.
Потому что земная атмосфера лучше всего рассеивает свет в голубом спектре.
На других космических объектах составы атмосфер отличаются от земной либо отсутствуют вообще, поэтому и небо на других планетах существенно отличается. На Луне , Меркурии и Плутоне атмосферы нет. И ничто не рассеивает лучи света. Поэтому небо на этих небесных телах черное и звезды там очень яркие.
На Венере атмосфера есть, и она не рассеивает зеленые и синие лучи. Поэтому небо на Венере желтого цвета, у горизонта имеет серый оттенок, а в зените оранжевого цвета.
Марсианское небо желто-оранжевого цвета. Это потому что в атмосфере планеты много пыли красного цвета. Во время захода и восхода солнца небо на Марсе розового цвета, а на горизонте переходит от фиолетового до голубого.
Цвет неба Сатурна , как и на Земле голубого цвета. И так же как и на нашей атмосфера не рассеивает красную часть солнечного света.
Небо Урана имеет аквамариновый цвет. Причиной тому - состав атмосферы планеты. Она в основном состоит из водорода, гелия и малой доли метана. Атмосфера отражает голубые и зеленые лучи и поглащает красные, что и создает красивый цвет неба.
На Нептуне небо синего цвета. Все потому, что в атмосфере преобладает большое количество газа метана, который сильно поглащает красный спектр.
Газовый гигант - Юпитер . Атмосфера планеты состоит из сплошных плотных облаков. И цвет облаков изменяется в зависимости от высоты: самые верхние - красные, потом белые и коричневые, а самые нижние - голубые.
Всем известно, как Солнце выглядит с поверхности Земли. Достаточно просто посмотреть на небо и увидеть сияющий диск, который находится на расстоянии 149,6 миллиона километров от нас. Представить, как выглядит Солнце с других планет Солнечной системы, несколько сложнее. Работы художников и фотографии помогут тем, кому недостаточно собственного воображения. На них вы увидите Солнце таким, как оно появляется на небесах семи планет Солнечной системы и «карлика» Плутона.
Меркурий
«Маринер-10» первый космический аппарат, достигший Меркурия (19751976 год). David Seal | NAS
Венера
Вторая планета Солнечной системы удалена от Солнца на 108 миллионов километров. Если смотреть на Солнце из-под сернокислотных облаков венерианской атмосферы, звезда смотрится как тусклое светящееся пятно. Солнце на Венере кажется на 50 % больше, чем на Земле.
Магеллан (США) межпланетная станция, впервые осуществившая подробное радиолокационное картографирование Венеры, и продолжившая исследование, начатое аппаратами «Венера» (СССР) за 6 лет до этого. David Seal | NASA
Марс
На пыльном небе Красной планеты Солнце кажется намного меньше, чем на Земле. Марс расположился в 227,9 миллиона километрах от Солнца в 1,5 раза дальше от звезды, чем наша планета. Закаты на Марсе .
Закат на Марсе. NASA
Юпитер
Вид Солнца с Европы, одной из лун Юпитера. Юпитер находится в 778,5 миллиона километрах от Солнца, что в 5 раз больше расстояния между Землей и нашей «родительской» звездой. На Европе Солнце кажется в 5 раз меньше, чем на Земле. На изображении Юпитер собирается закрыть своим диском звезду.
NASA/JPL-Caltech
Сатурн
Уран
Уран седьмая планета от Солнца, в 19 раз дальше от звезды, чем Земля.
«Вояджер-2» первый и единственный аппарат, достигший Урана (1986 год). David Seal | NASA
Нептун
Полюбуемся на Солнце с Тритона, одной из лун Нептуна. Нептун самая дальняя планета Солнечной системы. Облака пыли и газа, которые выплевывает мощный криогейзер на Тритоне, частично затмевают крошечное Cолнышко, которое в 30 раз меньше, чем на Земле.
17:09 04/12/2016👁 1 695
Закат в Гусева. Снимок марсохода “Спирит”
Астрофизик Сантьяго Перес-Ойос об атмосфере Марса, эффекте Пуркинье и восприятии цвета марсианского неба человеческим глазом.
В настоящий момент есть много фотографий , но не все из них позволяют судить о цвете неба на этой . На многих из них слишком высок баланс белого, поэтому наше зрение не позволяет нам различить контрасты на этих фотографиях. К счастью, есть довольно интересные исследования, в которых ученые пытаются различить цвета на небе Марса и объяснить их физическими закономерностями.
В рамках программы “Mars Exploration Rover” ученые NASA доставили на красную планету , и “Bell III”. Они были оборудованы панорамными камерами Pancam Instrument. Ученые получили радиометрические калиброванные изображения, с помощью которых можно определить цвет неба. Данные изображений были трансформированы в физические величины (поток и сияние) с учетом спектральной чувствительности камеры и фильтров, солнечного излучения, достигающего поверхности Марса, и других факторов. “Spirit” и “Oppotunity” сфотографировали синевато-черное и черное небо в тех слоях , где нет пыли. Однако большую часть времени в атмосфере Марса много пыли, поэтому чаще всего небо другого цвета.
Цвет неба на Марсе зависит от того, как солнечное излучение рассеивается из прямого светового луча и освещает поверхность, а также от того, как рассеянные лучи поглощаются молекулами и частицами в атмосфере. Например, если бы не было никакой атмосферы, как на , то было бы темное небо и белое . На небо голубое из-за рэлеевского рассеяния, из-за которого молекулы с радиусом меньше длины волны радиации (примерно 1/10) лучше рассеиваются на более коротких волнах. При этом сечение рассеивания обратно пропорционально четвертой степени длины волны.
Атмосфера Марса гораздо тоньше, поэтому молекулярное рассеивание менее эффективно. Марсианская пыль, возможно, играет ту же роль, что и молекулы воздуха на Земле, которые рассеивают короткие волны света и способствуют формированию голубого неба и красного заката на Земле. На Марсе это работало бы так же, если бы частицы рассеивали свет без какого-либо поглощения. Однако марсианская пыль богата голубым поглощающим оксидом железа, который производит обратный эффект и просто уводит короткие волны света от потока излучения.
Марсоход “Оппортьюнити”, находясь высоко на краю кратера Виктория, в течение месяца в 2007 году вглядывался в даль, и здесь можно увидеть, как марсианский воздух становился все более непрозрачным из-за пылевой бури.
Марсоходы сделали снимки «темного желтовато-коричневатого» неба в обычной ситуации, когда много пыли остается в атмосфере Марса. Но так как иногда из-за пыли небо кажется более голубым (из-за рассеивания света) или красным (из-за поглощения света), здесь нужно более глубинное понимание. Курт Элерс и его коллеги провели исследование, которое ценится всеми, кто знаком с атмосферной оптикой. Элерс и коллеги рассмотрели комплексный эффект от пыли микронного размера, поглощающей синий свет, и продемонстрировали, что покраснение немного более эффективно и ведет к желтовато-коричневому цвету неба в «пыльных ситуациях». Кроме того, более длинные волны (красные) и более короткие волны (синие) рассеиваются очень по-разному, производя интересные эффекты, такие как голубое свечение, которое следует за Солнцем на пути к небу Марса.
Согласно этому исследованию, небо желтовато-коричневатого цвета, а Солнце светится голубым и особенно хорошо видно во время заката. Но это все сложнее, чем можно представить. Так как Марс находится на расстоянии 1,5 от Солнца, количество света на поверхности вдвое меньше, чем на Земле. Из-за недостаточного освещения наши глаза переключают чувствительность на голубой свет, потому что мы переключаемся от использования колбочек, чувствительных к цвету, на использование палочек, не воспринимающих цвета. Это называется эффект Пуркинье. Поэтому первый астронавт, который окажется на Марсе, вероятно, опишет небо более голубым, чем можно ожидать.
По материалам
