Закат на марсе и небо на других планетах. На марсе голубой закат

21 мая 2015, 00:50

Видео заходящего солнца выше было сделано с помощью марсохода «Оппортьюнити», который бороздил марсианские ландшафты более 10 лет.

Когда Солнце заходит или поднимается на Земле, оно сжимается как дыня из-за атмосферной рефракции (преломления). Толстый слой воздуха, прилегающий к горизонту, изгибает свет Солнца наверх, выталкивая дно солнечного диска в верхнюю половину, которая меньше подвержена рефракции, поскольку находится выше. Как только Солнце поднимается достаточно высоко и мы уже смотрим на него через меньший слой атмосферы, рефракция убывает и диск снова становится круглым.

Можно много раз пересмотреть видео марсианских закатов, но форма Солнца не изменится. Догадываетесь, почему? Потому что воздух слишком тонкий, чтобы рефракция была хоть сколько-нибудь заметна.

Сумерки задерживаются на Красной планете дольше, поскольку взвешенная в стратосфере пыль отражает свет Солнца в течение двух или более часов после захода Солнца.

Итак, само видео:

А это снимки марсианского заката, сделанные «Кьюриосити»

Во время восхода и захода Солнца марсианское небо в зените имеет красновато-розовый цвет, а в непосредственной близости к диску Солнца - от голубого до фиолетового.

А какое же небо на других планетах?

На Луне, а также на Меркурии атмосферы нет. Ничто не отражает лучи света. Поэтому небо черное и на нем ярко мерцают звезды. Но с поверхности Луны открывается потрясающий вид на нашу планету.

Плутон

Об атмосфере Плутона известно… почти ничего не известно. Мы знаем, что она довольно велика, но крайне разрежена. Кроме того, состав и величина атмосферы Плутона меняется в зависимости от расстояния до Солнца. Дело в том, что при движении по орбите расстояние между этой карликовой планетой и Солнцем меняется почти в два раза. Поэтому, когда Плутон далеко от Солнца, его атмосфера съёживается: газы замерзают и выпадают на планету в виде льда. Когда Плутон подходит к Солнцу ближе, немного льда испаряется, и атмосфера Плутона увеличивается. Поэтому говорить о том, какого цвета небо Плутона, довольно сложно.

Предположительно такой вид открывается с Плутона:

Венера

Атмосфера Венеры настолько плотная, что через её толщу днём на небе нельзя разглядеть Солнце, а уж звёзды ночью и подавно никто не увидит. Советские зонды серии «Венера» передали несколько цветных снимков с поверхности. Судя по ним, небо на Венере тёмно-оранжевого или красного цвета.

Такой снимок передал аппарат Венера-13 (это обработка старых черно-белых фотографий, основанная на вычислениях).

Сатурн

Небо Сатурна может оказаться самым впечатляющим. Состав атмосферы Сатурна таков, что небо у границы атмосферы должно казаться голубым и желтеть с погружением вглубь. Все газовые планеты имеют кольца, но в отличие от других, Сатурн – обладатель самых заметных и больших колец. Они очень хорошо видны из верхних слоёв атмосферы.

Представьте себе огромную серебряную дугу, состоящую из множества тонких колец и проходящую через всё небо. В серебряных кольцах иногда посверкивают маленькие блёстки, особенно на восходе или закате. После захода солнца эта серебряная лента ещё продолжает быть освещённой Солнцем.

Интересно, что толщина колец всего километр, поэтому с экватора Сатурна их почти не видно. Словом, на Сатурне стоит побывать, и если туда когда-либо попадёт человек, то он никогда не разочаруется в увиденном.

Уран

Уранианское (именно так по правилам русского языка звучит прилагательное от существительного «Уран») небо должно иметь очень красивый голубовато-зелёный, аквамариновый цвет. Землю называют голубой планетой, хотя на самом деле из космоса она более кажется белой, нежели голубой, из-за наличия белых облаков в атмосфере. Подлинно голубой планетой в Солнечной системе является Уран.

Таким удивительным цветом планета обязана составу своей атмосферы. В верхних слоях атмосферы присутствует немного метана, который очень хорошо поглощает красный свет, а отражает голубой и зелёный. Поэтому верхние слои атмосферы будут светло-голубого цвета, а при движении вглубь небо будет темнеть и краснеть. У Урана тоже есть своя система пылевых колец, но вряд ли их можно будет разглядеть даже из верхних слоёв атмосферы, поскольку они очень разреженные и тёмные.

Нептун

Атмосфера Нептуна очень похожа по составу на атмосферу Урана, но небольшие различия в пропорциях газов приводят к тому, что цвет внешних слоёв атмосферы синее. О том, что происходит при движении вглубь атмосферы, нам остаётся только догадываться.

Известно тринадцать спутников Нептуна. Наибольший из них – Тритон - будет казаться чуть крупнее нашей Луны; следующий за ним по размеру Протей будет в половину меньше. Остальные луны Нептуна малы и будут видны как обыкновенные звёздочки.

Юпитер

На Юпитере все дни пасмурные. Он не имеет твердой поверхности, это газовый гигант. Газ, из которого он состоит, просто становится плотнее с глубиной. А вверху он формирует сплошные плотные облака. Цвета облаков изменяются с высотой: нижние облака голубые, потом идут коричневые и белые, и, наконец, красные -- самые верхние. Иногда можно увидеть более низкие слои через дыры в верхних.

На трехмерном изображении показан упрощенный вид того, что можно увидеть, находясь между слоями облаков на Юпитере. Картинка составлена на основе данных, полученных камерами космического корабля "Галилео".

Осирис

Экзопланета HD209458b – одна из первых открытых экзопланет. Планета Осирис находится очень близко возле своего Солнца, это достаточно большая планета, согласно расчётам ее размер составляет около 70 процентов размера Юпитера.

Звезда вокруг которой вращается Осирис белого цвета. Когда она опускается к горизонту, то приобретает слегка сиреневатый оттенок, так как натрий в атмосфере Осириса поглощает свет в красной и оранжевой части спектра. Ближе к поверхности атмосфера Осириса рассеивает голубой свет и Звезда приближаясь к горизонту вначале становится зеленой, а затем зеленовато-коричневой.

Kepler-22 b

Расстояние от планеты Kepler-22 b до ее звезды Kepler-22 примерно на 15% меньше, чем дистанция от Земли до Солнца. Световой поток от Kepler-22 на 25 % меньше, чем от Солнца. Такое сочетание дает ученым основания предполагать, что температура у поверхности Kepler-22 b равна 22°C. Возможно, что планета похожа скорее не на Землю, а на Нептун, то есть покрыта океаном.

Фотографии, полученные посадочными аппаратами, действовавшими на Марсе, подобны некоей "замочной скважине", через которую мы можем наблюдать холодный суровый мир Красной Планеты. Этот мир смертелен для нас, но когда-нибудь люди пройдут по красным камням и взглянут на Землю с марсианской поверхности. Темой этой статьи является марсианское небо и марсианская «астрономия».

Яркая белая точка на этом снимке, сделанным панорамной камерой ровера «Спирит» - Солнце.

Закат в Долине Ареса (Ares Vallis) в июле 1997 года в 16:10 по местному солнечному времени. Цвета изображения приближены к истинным.

Закат солнца, снимок «Марс Пасфайндера».

На этом изображении, сделанном панорамной камерой ровера «Спирит» 19 мая 2005 года (489-ый сол), показан закат Солнца, приближающегося к валу кратера Гусев. Цвета изображения подобны тем, что видел бы человеческий глаз, но их интенсивность слегка преувеличена.

Сумерки в кратере Гусев, снимок сделан вечером 23 апреля 2005 года (464 сол). Цвета снимка приближены к тем, которые увидел бы человек. Синеватый цвет неба на месте садящегося Солнца был бы виден именно так, как показан на этом изображении, но краснота неба дальше от заката несколько преувеличена.

Маленькая звездочка в центре ночного марсианского неба - наша Земля.

Изображение, сделанное 29 апреля 2005 года (449-ый сол) ровера «Оппортьюнити», показывает марсианское небо приблизительно за час после заката, во время сумерек, когда начинают появляться звезды. Неяркая точка около центра - это не звезда, а наша родная планета.
Земля на изображении кажется несколько вытянутой, что объясняется ее передвижением за время съемки.

Пред нами «бездна, звезд полна» такая, какой ее видно с Марса. Из-за суточного вращения Марса звезды вытянулись в треки.

Снимок лун Марса. Здесь, помимо Фобоса и Деймоса, присутствуют Плеяды и Альдебаран. Изображение сделано «Спиритом» 30 августа 2005 года (590 сол). Правое изображение представляет собой увеличенный вид сопровожденный подписями.
Фобос с поверхности Марса виден как объект, приблизительно в три раза меньший, чем полная Луна. Время обращения Фобоса вокруг планеты - 7 часов 39 минут. Меньшая марсианская луна, Деймос, затрачивает на оборот вокруг Марса 30 часов 12 минут.

Стр. 1 ,

Чем же вызван столь необычный для землян цвет заката? Стоит начать с того, что атмосфера Марса сильно отличается от земной — у нее другой состав газов, в сто раз меньше плотность и она насыщена очень мелкой пылью.

Свет состоит из волн разной длины, поэтому, если вы проведете знаменитый опыт Ньютона и поймаете солнечный луч в призму, то он разложится на цветные лучи — в спектр. Когда солнечные лучи встречаются с пылью, плавающей в марсианской атмосфере, происходит то же самое, но при этом пыль поглощает большую часть волн синей части спектра. Поэтому небо на Марсе преимущественно красного цвета.

Но во время заката, если смотреть прямо на Солнце, можно увидеть синий цвет. Происходит это из-за того, что лучи проходят в атмосфере больший путь, чем днем. В этот момент на них начинает действовать эффект, называемый рэеелевским рассеянием — атмосфера рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового света. Кстати, именно из-за этого эффекта и толстого слоя атмосферы небо на нашей планете голубого цвета.

Действие эффекта хорошо заметно на фотографиях из космоса.

Ровер «Оппортьюнити» был запущен к Марсу еще в 2003 году, за его управление отвечает Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене. Марсоходу принадлежит множество рекордов и открытый — например, он рекордсмен по расстоянию, пройденному по внеземной поверхности (второе место — впрочем, данные разнятся — занимает советский «Луноход-2»). «Оппортьюнити» преодолел уже почти 42 километра, хотя, как отмечают сотрудники проекта, 11 лет назад, когда он начинал первую миссию, никто не ожидал таких результатов. В настоящее время ровер занимается исследованием края 22-километрового кратера Индевор, его цель — изучение западного края, а также залежей глинистых минералов, на которые в прошлом воздействовала жидкая вода.

У ровера есть «брат-близнец» — марсоход «Спирит», их приземление произошло с разницей в 3 недели в 2004 году. Роверы обнаружили множество свидетельств существования в прошлом планеты воды на поверхности, однако в 2010 году «Спирит» перестал выходить на связь, а в 2011 году его миссию объявили законченной.

Помимо «Оппортьюнити», Красную планету в настоящее время исследует марсоход «Кьюриосити», запущенный в 2011 году и приземлившийся в 2012 году. С орбиты исследования ведут межпланетная станция НАСА MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) , орбитальный зонд НАСА Mars Odyssey , межпланетная станция ЕКА Mars Express , а также десятый марсианский орбитальный аппарат НАСА MAVEN и индийская межпланетная станция Mangalyaan (Mars Orbiter Mission) , которая является первым индийским космическим аппаратом, запущенным к другой планете. MAVEN и Mangalyaan достигли орбиты планеты почти одновременно — в сентябре 2014 года.

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.

Голубой марсианский закат April 14th, 2014

Наступил долгожданный, для многих, момент когда марсоход Curiosity немного отвлекся от науки, и просто полюбовался закатным пейзажем. Спустя несколько дней эту картину смогли увидеть и мы.

На рабочий стол . Полный размер на сайте автора .

Марсианский закат уникален тем, что он голубой. Причина такого цвета неба та же, что на Земле дает голубое небо и красный закат - Рэлеевское рассеяние . Существует заблуждение, что на Земле голубой цвет неба обусловлен наличием кислорода в воздухе или даже озонового слоя. На самом деле, состав атмосферы здесь влияет менее существенно, чем ее плотность. Именно плотность газа приводит к рассеянию белого солнечного света и окрашивает небо.

Разница между цветом неба в полдень и на закате - в объеме атмосферы, который преодолевается солнечными лучами. На Марсе атмосфера в сто раз разреженнее чем на Земле, но когда солнце находится у горизонта ее свет преодолевает в тридцать раз более толстый слой атмосферы чем в полдень.

Дополнительный окрашивающий эффект марсианскому небу придает пыль, постоянно висящая в атмосфере. Судя по всему именно ее оранжевый цвет, в сумме с голубым, дают немного зеленоватый оттенок на фото. Хотя сейчас наоборот очень ясная погода. Настолько хорошей видимости я не видел за полтора года, которые Curiosity работает на Марсе. Впервые удалось рассмотреть камни на горном склоне, который находится почти за 30 км от марсохода.

Однако пыль все равно присутствует в небе. Можно увидеть как теряется в пылевой дымке горный хребет.

В максимально доступной для глаз дальности, он находится более чем за 50 километров. Нынешнее ясное небо объясняет почему в верхней части панорамы заката небо практически черное. Днем в зените оно должно быть таким же черным как и на Луне или на Земле на высоте свыше 30 км.

Наблюдения, проведенные еще аппаратом Viking показывает как меняется цвет неба и его чернота, в зависимости от количества пыли.

Вернемся к цвету заката. Благодаря современной технике, мы можем увидеть зарю даже из космоса. Хорошо заметен оранжевый окрас облаков, на границе дня и ночи на последнем снимке “Электро-Л”.

Взглянув на Марс, при помощи телескопа Hubble, мы можем увидеть такую же голубую каемку, которая опоясывает Марс по краю освещенного диска.

Любопытно, что голубые цвета на космических снимках Марса видны не всегда. Судя по всему причина - в сезонных колебаниях плотности атмосферы. В зависимости от времени года, запасы марсианского "воздуха" могут падать до 1/150 от земных запасов. Остальное - замерзает в виде сухого льда на полюсах.

Ранее Curiosity проводил съемку заката на Марсе, но сделал это черно-белой навигационной камерой. Для эффектности видео пришлось позаимствовать цвет с другого заката, от Spirit, но в результате, как мне кажется, получилось неплохо.

Впрочем, голубым небом нас, конечно, не удивить. Что действительно невероятно - это голубое закатное солнце. Как мы знаем по своему опыту на Земле, на заре не только меняется цвет неба, но и видимого диска светила.

К сожалению, Curiosity не рискует проводить прямую съемку солнца, из опасения повредить матрицу фотокамеры, но он смог снять солнечный блик, который оказался именно голубым.

О том, чем занимался и что исследовал марсоход последний месяц, я расскажу подробнее на этой неделе. Следите за обновлениями.