Почему звёзды мерцают? Объясняем, как работает сцинтилляция
Звёзды мерцают, потому что турбулентность в атмосфере Земли искажает их свет. Этот эффект, называемый атмосферной сцинтилляцией, обычно сильнее всего проявляется у горизонта. Планеты, как правило, светят ровнее: их видимые диски сглаживают заметные колебания яркости.
Заметили яркий мерцающий огонёк на ночном небе? Определите его с помощью бесплатного приложения Sky Tonight. Откройте карту неба, направьте телефон на объект и узнайте, что перед вами — звезда или планета.
Содержание
- Мерцание звёзд: какое это физическое явление?
- Почему звезда мигает разными цветами?
- Почему звёзды мерцают сильнее планет?
- Почему звезда дрожит или расплывается в телескопе?
- Почему звёзды мерцают: главное
Мерцание звёзд: какое это физическое явление?
Атмосферная сцинтилляция — это быстрые изменения наблюдаемой яркости далёкого источника света, вызванные турбулентностью в атмосфере Земли. Сама звезда обычно продолжает светить ровно, но атмосфера непрерывно меняет то, как её свет достигает наблюдателя.
Движущиеся области более тёплого и холодного воздуха немного по-разному преломляют свет. Проходя сквозь них, звёздный свет отклоняется от своего пути. Перемещающийся воздух может на мгновение направить больше света к вашим глазам, а затем отклонить часть света в сторону. Поэтому звезда кажется то ярче, то тусклее.
Этот эффект связан с атмосферной рефракцией, но не тождественен ей. Обычная астрономическая рефракция вызывает систематическое смещение видимого положения объекта, особенно у горизонта. Сцинтилляцией же называют именно быстрые колебания интенсивности света, достигающего наблюдателя.
Некоторые звёзды меняют яркость по причинам, не связанным с атмосферой Земли, — например, из-за пульсаций или затмений в двойных системах. Эти переменные звёзды тоже могут мерцать из-за атмосферной турбулентности.
Почему у горизонта звёзды мерцают сильнее?
Звезда обычно мерцает сильнее, когда находится низко над горизонтом: прежде чем попасть к вам, её свет проходит более длинный путь в атмосфере Земли. На этом пути ему чаще встречаются движущиеся области воздуха, искажающие свет.
Свет звезды, расположенной высоко в небе, проходит более короткий путь в атмосфере, поэтому её видимые яркость и положение часто устойчивее. Но высота — не единственный фактор: турбулентность зависит от погоды и местных условий, так что одна и та же звезда в разные ночи может выглядеть по-разному.
Почему звезда мигает разными цветами?
Цвет звёзд может казаться переменным, потому что атмосферная турбулентность и дисперсия влияют на то, как свет разных длин волн достигает наблюдателя. Разные длины волн преломляются немного по-разному, а турбулентность непрерывно изменяет свет, попадающий в глаза. Особенно заметен этот эффект у горизонта.
Почему Сириус мигает красным, синим и зелёным?
Сириус может казаться вспыхивающим разными цветами, особенно низко над горизонтом. Другие яркие звёзды тоже демонстрируют этот эффект, но Сириус — особенно наглядный пример: это самая яркая звезда ночного неба, поэтому его цветное мерцание легко заметить.
Разноцветные вспышки Сириуса возникают из-за атмосферной сцинтилляции и дисперсии. Турбулентность быстро меняет свет, достигающий глаз, а дисперсия слегка разделяет его на цвета. Вместе эти эффекты создают впечатление красных, синих, зелёных или белых вспышек.
Проверьте сами: найдите Сириус в созвездии Большого Пса с помощью бесплатного приложения Sky Tonight и посмотрите, когда он будет низко над вашим горизонтом. В ясную ночь понаблюдайте за звездой невооружённым глазом 30 секунд. Видите белые вспышки вперемешку с красными, синими или зелёными? Попробовать можно даже в городе, если Сириус виден над соседними зданиями.
Сириус — не единственная яркая звезда, за которой интересно наблюдать. Откройте нашу инфографику о самых ярких звёздах, чтобы найти другие заметные звёзды ночного неба.
Почему звёзды мерцают сильнее планет?
Планеты тоже могут мерцать, но обычно светят ровнее звёзд. Звёзды настолько далеки, что даже в телескоп выглядят почти точечными. Планеты гораздо ближе и имеют крошечные, но измеримые видимые диски.
Свет от разных участков диска планеты проходит по немного различающимся путям в атмосфере. Когда этот свет складывается, колебания яркости в значительной степени усредняются, и планета кажется более устойчивым источником света. Звёзды выглядят почти точечными, поэтому такое усреднение у них гораздо слабее.
Планета у горизонта всё же может мерцать или переливаться цветами при сильной атмосферной турбулентности. Поэтому ровно светящаяся точка может оказаться планетой, но одно лишь мерцание — ненадёжный способ определить объект.
Проверьте сами: сравните яркую звезду с Венерой или Юпитером, когда оба объекта находятся примерно на одинаковой высоте. Планета часто будет светить ровнее. Определите объекты с помощью Sky Tonight: найдите название и нажмите на значок прицела, чтобы увидеть положение объекта на карте неба. Чтобы найти его на настоящем небе, нажмите на значок компаса или направьте устройство на небо и следуйте экранной стрелке.
Хотите узнать другие способы отличить звёзды от планет? Посмотрите нашу инфографику «Звёзды и планеты».
Почему звезда дрожит или расплывается в телескопе?
Если изображение звезды или планеты в телескопе дрожит, колышется или то и дело теряет резкость, причиной может быть плохой сиинг — искажение изображения турбулентным воздухом. Это связано с мерцанием, видимым невооружённым глазом, но эффекты различаются: сцинтилляция меняет видимую яркость, а плохой сиинг заставляет изображение двигаться или терять чёткость. Постоянная размытость также может указывать на неправильную фокусировку или проблему с телескопом.
Как уменьшить атмосферные искажения при наблюдениях
Остановить турбулентность в верхних слоях атмосферы невозможно, но можно уменьшить местные искажения и улучшить изображение:
- Наблюдайте объекты, расположенные выше над горизонтом: их свет обычно проходит через меньшую толщу атмосферы.
- Дайте телескопу остыть или нагреться до температуры наружного воздуха. Тёплый воздух внутри прибора и вокруг него может искажать изображение.
- Наблюдайте на открытом воздухе, а не через окно, и избегайте направлений над нагретыми крышами, дорогами и зданиями.
- Проверьте фокусировку и попробуйте меньшее увеличение. Большое увеличение делает атмосферные искажения заметнее. При меньшем увеличении изображение бывает проще рассмотреть, хотя сама турбулентность никуда не исчезает.
Мерцание звёзд: частые вопросы
Мерцают ли звёзды в космосе? Предвещает ли сильное мерцание непогоду? Ниже — ответы на эти и другие частые вопросы.
Что за яркая звезда мигает разными цветами на небе?
Если вы видите яркую точку, которая быстро мигает красным, синим и зелёным, это может быть Сириус — самая яркая звезда ночного неба. Особенно сильно он мерцает, когда находится низко над горизонтом. Однако так могут выглядеть и другие яркие звёзды, поэтому определить объект только по мерцанию нельзя.
Что означает, если звезда мигает на небе?
Мерцающая или мигающая звезда обычно означает, что её свет проходит через турбулентный воздух в атмосфере Земли. Быстрые изменения яркости, как правило, вызваны атмосферой, а не изменениями самой звезды.
Почему звёзды светятся?
Звёзды излучают собственный свет, потому что они чрезвычайно горячие. В ядрах таких звёзд, как Солнце, термоядерные реакции превращают водород в гелий и выделяют энергию, которая в итоге выходит наружу в виде света. Свечение — это образование и излучение света звездой; мерцание — изменение видимого света после прохождения через атмосферу Земли.
Почему одни звёзды мерцают сильнее других?
Некоторые звёзды кажутся более мерцающими из-за своего положения на небе, состояния атмосферы и видимой яркости. У горизонта звёзды обычно мерцают сильнее, потому что их свет проходит более длинный путь в атмосфере Земли. У ярких звёзд мерцание проще заметить.
Мерцают ли звёзды в космосе?
Нет, при наблюдении за пределами атмосферы Земли атмосферного мерцания нет. Если на луче зрения отсутствует турбулентный воздух, звёздный свет не испытывает таких быстрых атмосферных искажений. Это одна из причин, по которым космические телескопы получают исключительно чёткие изображения.
Почему Солнце не мерцает?
Большой видимый диск Солнца усредняет суммарные колебания яркости, как и в случае планет. При этом атмосфера Земли всё равно преломляет и искажает солнечный свет: например, нагрев воздуха и турбулентность могут заставить край солнечного диска дрожать. Чтобы проверить этот эффект, ни в коем случае не смотрите прямо на Солнце — ни невооружённым глазом, ни через бинокль или телескоп без специальных солнечных фильтров.
Предвещает ли мерцание непогоду?
Надёжным признаком оно не является. Сильное мерцание может указывать на турбулентность вдоль луча зрения, но по нему нельзя достоверно предсказать дождь, ветер или грозу. Условия в верхних слоях атмосферы и у земли могут по-разному влиять на звезду, поэтому одной сильно мерцающей звезды недостаточно, чтобы судить о погоде или качестве наблюдений на всём небе.
Мерцают ли планеты?
Да, планеты могут мерцать, особенно низко над горизонтом или при сильной атмосферной турбулентности. Но обычно они светят ровнее звёзд, поскольку свет разных участков их видимых дисков помогает усреднить колебания яркости.
Мерцают ли падающие звёзды?
Падающие звёзды не мерцают так, как настоящие звёзды. Это метеоры — короткие светящиеся полосы, возникающие при влёте небольших космических частиц в атмосферу Земли. Метеоры могут становиться ярче, вспыхивать или распадаться, но такие изменения отличаются от атмосферной сцинтилляции. Подробнее — в нашем гиде по метеорным потокам.
Почему звёзды мерцают: главное
Мерцание звёзд показывает, как атмосфера Земли влияет на свет, приходящий из космоса. Разноцветные вспышки Сириуса — особенно наглядный пример, а более ровное свечение планет демонстрирует роль видимого размера объекта. Обычно звёзды сильнее мерцают у горизонта, где атмосферная турбулентность заметнее искажает их свет.
Мерцание — лишь один из способов, которыми атмосфера Земли меняет видимую картину. Проверьте свои знания о других оптических эффектах в нашей викторине об атмосферных явлениях.
