Почему закаты на Марсе выглядят голубыми?
В марсианской атмосфере преобладают крупные частицы пыли. Эти частицы вызывают так называемое "", которое отфильтровывает красный свет от солнечных лучей и пропускает к нашим глазам только синий.
Закат - это одно из таких чудес Вселенной, которое трогает задумчивую душу каждого человека. От картин, стихов до прекрасных фотографий - оттенки красного, которыми затянуто небо в сумерках, пробуждают в каждом из нас интроспективное, артистическое существо.
Но если вы планируете посетить Марс и хотите завершить свой первый день на красной сфере наблюдением за красивым закатом, вас ждет сюрприз.
Потому что, в отличие от Земли, закат на Марсе не украшен насыщенными оттенками красного цвета.
Этот потрясающий снимок марсианского заката был сделан марсоходом НАСА Spirit Rover в 2005 году. На снимке изображено голубовато-белое солнце, окруженное ореолом голубого оттенка, что очень отличается от земного.
Небо Земли и Марса имеют удивительную взаимосвязь. На нашей бледно-голубой планете преобладает голубое небо, которое на рассвете и закате переходит в оранжево-красное.
По совпадению, Марс, Красная планета, имеет оранжево-коричневое дневное небо, которое плавно переходит в голубоватую палитру на закате. На обе планеты светит одно и то же солнце, тогда почему же их цвета такие разные?
Марсианский закат
Марс находится гораздо дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому при наблюдении с Марса Солнце выглядит меньше и тусклее.
Согласно данным, собранным различными марсоходами, при наблюдении с Марса солнце имеет голубовато-белый оттенок. Кроме того, во время заката Солнце кажется окруженным аурой голубого света, который исчезает и сливается с красновато-серым марсианским небом.
Но чем это вызвано? Секрет кроется в марсианской атмосфере.
Как атмосфера влияет на солнечный свет?
Солнце испускает спектр электромагнитного излучения от высокочастотных гамма-лучей до низкочастотных радиоволн. Часть этого излучения, называемая видимым спектром, может быть обнаружена нашими глазами.
Этот видимый спектр, который мы обычно определяем как "белый свет", состоит из семи различных длин волн.
Одним словом, одно и то же электромагнитное излучение достигает разных планет с разной интенсивностью.
Но цвет неба и солнца на каждой планете совершенно разный.
Это происходит потому, что, кроме самого солнечного света, цвета, которые мы видим, зависят еще от чего-то: среды, через которую он проходит.
Свет по-разному взаимодействует с различными частицами. Когда он сталкивается с частицей, свет может поглощаться, отражаться или рассеиваться. То, в какой степени это происходит, зависит от природы частицы, с которой он взаимодействует. Некоторые частицы склонны рассеивать более длинные красные волны, в то время как другие - более короткие синие волны. Таким образом, некоторые длины волн удаляются при распространении света, и в результате цвет, который мы видим, меняется соответствующим образом.
Например, в космическом пространстве, где нет частиц, рассеивающих или поглощающих свет, солнце кажется белым.
Почему закаты на Земле выглядят красными? Это происходит из-за того, что называется рэлеевским рассеянием. Это происходит, когда размер частиц очень мал по сравнению с длиной волны света.
Крошечные молекулы азота и кислорода, присутствующие в атмосфере Земли, рассеивают синие волны, и к тому времени, когда свет достигает нашего глаза, остается только красный цвет.
Поэтому, чтобы понять, почему марсианские закаты голубые, сначала нужно изучить состав марсианской атмосферы.
Марсианская атмосфера
Атмосфера Марса почти в 80 раз менее плотная, чем земная. Тонкая атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона и менее 1% кислорода. Но в марсианской атмосфере преобладает нечто другое - частицы пыли. Поверхность Марса покрыта пылевыми частицами цеолита, гематита, оливина и магнетита, и именно эти частицы являются основными факторами, ответственными за голубые закаты на Марсе.
Как мы уже обсуждали ранее, рассеяние света зависит от размера частиц. Более мелкие частицы в земной атмосфере способствуют рэлеевскому рассеянию. Но на Марсе ситуация иная. Частицы пыли, взвешенные в его атмосфере, имеют размер 400-700 нм, что почти равно длине волны видимого света; следовательно, эти частицы не могут подвергаться релеевскому рассеянию. Вместо этого они следуют другому оптическому явлению - рассеянию Ми.
Рассеяние Ми
Рассеяние Ми является преобладающим типом рассеяния в более крупных частицах. В отличие от рэлеевского рассеяния, оно не сильно зависит от длины волны. Вместо этого, такое рассеяние больше зависит от направления лучей. Здесь рассеяние света происходит больше в прямом направлении по сравнению с боковым или обратным рассеянием.
Обычно говорят, что рассеяние Ми одинаково рассеивает свет всех длин волн. Но в зависимости от размера присутствующих частиц и направления падающих лучей длина волны, которую они в основном рассеивают, различается. Например, частицы пыли в марсианской атмосфере рассеивают больше красного света, чем синего. Это, наряду с наличием обильного количества оксида железа красного цвета, является причиной того, что марсианское небо выглядит красным.
Наука, скрывающаяся за голубым закатом
Когда мы анализируем марсианский закат, мы замечаем две особенности. Первая - это голубоватый диск солнца. Вторая - исчезающий голубой ореол вокруг солнца. Почему это происходит?
Почему диск Солнца кажется голубым?
Если смотреть на Солнце с Марса, оно выглядит голубым, потому что марсианская атмосфера отфильтровывает более красные волны. Размер пыли на Марсе идеально подходит для рассеивания красного света, и поэтому эти частицы рассеивают красные волны больше, чем синие.
Поскольку солнечный свет проходит наибольшее расстояние во время восхода и захода солнца, к тому времени, когда он преодолевает свой длинный путь, красный свет исчезает, и остаются только короткие синие волны. Это называется селективной экстинкцией по длине волны, и именно из-за нее солнце кажется голубоватым.
Проще говоря, считайте, что атмосфера - это фильтр для солнечного света. Земная атмосфера хорошо отфильтровывает синий свет и пропускает красный, в то время как марсианская атмосфера лучше отфильтровывает красный свет и пропускает синий.
Чем вызван голубой ореол вокруг Солнца?
Захватывающее голубое свечение вокруг Солнца нельзя объяснить простым указанием селективной экстинкции длины волны; здесь также имеет значение характер рассеяния. Как упоминалось ранее, рассеяние Ми сильно зависит от направления световых лучей, и оно преобладает в прямом направлении.
Таким образом, при прохождении через марсианскую атмосферу большая часть света будет рассеиваться в прямом направлении под небольшими углами. В результате вместо синего оттенка, распространяющегося по всему горизонту, мы видим скорее небольшой, концентрированный синий ореол вокруг солнца.
Также картина рассеяния различна для разных цветов. В прямом направлении интенсивность синего света почти в шесть раз больше, чем красного. Вот почему мы видим более яркий оттенок синего ближе к солнцу. Максимальная интенсивность синего света наблюдается при угле рассеяния 10°. Затем, по мере увеличения угла рассеяния, преобладание синих длин волн начинает падать. За пределами угла рассеяния 28° интенсивность красноватых длин волн становится преобладающей, и в результате голубоватое свечение медленно увядает в красновато-сером небе Марса.
Одним словом, голубоватый цвет Солнца обусловлен селективной экстинкцией по длине волны, а голубой ореол - результат углового рассеяния солнечного света за счет рассеяния Ми.
Можем ли мы стать свидетелями голубого заката на Земле?
Если вы уныло думаете, что единственная надежда увидеть голубой закат - это отправиться на Марс, то вас ждет еще один сюрприз. Время от времени голубые закаты наблюдаются и на нашей планете. В 1883 году, после извержения вулкана Кракатау, местные жители сообщили, что солнце и Луна в этом регионе были голубыми в течение месяца.
Помимо извержений вулканов, о голубых закатах изредка сообщалось и в пустынях Аравии, где часто бывают пыльные бури. Иногда лесные пожары также могут привести к красному небу и голубым закатам.
Помимо всех вышеперечисленных факторов, цвет марсианского заката во многом зависит еще от кое-чего - от наших глаз! Истинный цвет марсианского заката может быть описан только после того, как он будет воспринят человеком. А до тех пор нам придется довольствоваться снимками, присланными нашими марсоходами.