 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( январь 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Яркость неба относится к визуальному восприятию на небе и как он рассеивает и диффундирует зажигать. То, что небо ночью не совсем темное , хорошо видно. Если бы источники света (например, Луна и световое загрязнение ) были удалены с ночного неба , был бы виден только прямой свет звезд .
Яркость неба сильно меняется в течение дня, и основная причина тоже меняется. В течение дневного времени , когда Солнце находится над горизонтом, то прямое рассеяние на солнечный свет является в подавляющем большинстве случаев основным источником света. В сумерках (продолжительность после захода солнца или перед восходом солнца до или после, соответственно, полной темноты ночи) ситуация более сложная, и требуется дальнейшая дифференциация.
Сумерки (как сумерки, так и рассвет ) разделены на три сегмента по 6 °, которые отмечают положение Солнца под горизонтом. В гражданских сумерек , центр диска Солнца , как представляется, между 1/4 ° и 6 ° ниже горизонта. В морских сумерках высота Солнца составляет от –6 ° до –12 °. В астрономических сумерках Солнце находится между –12 ° и –18 °. Когда глубина Солнца превышает 18 °, небо обычно достигает максимальной темноты.
Источники внутренней яркости ночного неба включают свечение воздуха , непрямое рассеяние солнечного света , рассеяние звездного света и световое загрязнение . [1]
Airglow [ править ]
Когда физик Андерс Ангстрем исследовал спектр северного сияния , он обнаружил, что даже в ночи, когда полярное сияние отсутствует, его характерная зеленая линия все еще присутствует. Только в 1920-х годах ученые начали идентифицировать и понимать эмиссионные линии полярных сияний и самого неба, а также их причины. Наблюдаемая зеленая линия Ангстрема на самом деле является линией излучения с длиной волны 557,7 нм, вызванной рекомбинацией кислорода в верхних слоях атмосферы.
Свечение атмосферы - это собирательное название различных процессов в верхних слоях атмосферы, которые приводят к испусканию фотонов, движущей силой которых является в основном УФ-излучение Солнца. Преобладают несколько линий излучения: зеленая линия кислорода при 557,7 нм, желтый дублет натрия при 589,0 и 589,6 нм и красные линии кислорода при 630,0 и 636,4 нм.
Выбросы натрия происходят из тонкого слоя натрия толщиной примерно 10 км на высоте 90–100 км, над мезопаузой и в D-слое ионосферы . Красные линии кислорода берут начало на высотах около 300 км в F-слое. Выбросы зеленого кислорода более пространственно распределены. Как натрий достигает высот в мезосфере, еще не совсем понятно, но считается, что это комбинация восходящего переноса морской соли и метеоритной пыли.
В дневное время преобладают выбросы натрия и красного кислорода, которые примерно в 1000 раз ярче, чем ночные выбросы, потому что днем верхние слои атмосферы полностью подвергаются солнечному УФ-излучению. Однако этот эффект незаметен для человеческого глаза, так как блики непосредственно рассеянного солнечного света затмевают и затемняют его.
Косвенное рассеяние солнечного света [ править ]
Косвенно рассеянный солнечный свет исходит с двух сторон. Из самой атмосферы и из космоса. В первом случае солнце только что село, но все еще напрямую освещает верхние слои атмосферы. Поскольку количество рассеянного солнечного света пропорционально количеству рассеивателей (то есть молекул воздуха) на линии взгляда, интенсивность этого света быстро уменьшается по мере того, как солнце опускается ниже горизонта и освещает меньше атмосферы.
Когда высота Солнца <-6 °, 99% атмосферы в зените находится в тени Земли, и преобладает рассеяние второго порядка. Однако на горизонте 35% атмосферы на луче зрения все еще освещено напрямую, и продолжает светиться до тех пор, пока солнце не достигнет -12 °. От -12 ° до -18 ° по-прежнему освещаются только самые верхние части атмосферы вдоль горизонта, прямо над местом, где находится солнце. После этого прекращается прямое освещение и наступает астрономическая темнота.
Второй источник солнечного света - это зодиакальный свет , который возникает в результате отражения и рассеяния солнечного света на межпланетной пыли. Зодиакальный свет сильно различается по интенсивности в зависимости от положения Земли, местоположения наблюдателя, времени года, а также состава и распределения отражающей пыли.
Рассеянный свет от внеземных источников [ править ]
Не только солнечный свет рассеивается молекулами в воздухе. Звездный свет и рассеянный свет Млечного Пути также рассеиваются в воздухе, и обнаружено, что звезды с величиной V до 16 вносят свой вклад в рассеянный рассеянный звездный свет.
Другие источники, такие как галактики и туманности, не вносят значительного вклада.
Полная яркость всех звезд была впервые измерена Бернсом в 1899 году. Результатом расчетов стало то, что общая яркость, достигающая Земли, была эквивалентна яркости 2000 звезд первой величины [2] с последующими измерениями другими. [3]
Световое загрязнение [ править ]
Световое загрязнение - постоянно увеличивающийся источник яркости неба в городских районах . В густонаселенных районах, где не ведется строгий контроль светового загрязнения, все ночное небо регулярно в 5-50 раз ярче, чем было бы, если бы все огни были выключены, и очень часто влияние светового загрязнения намного больше, чем от естественных источников ( включая лунный свет). Из-за урбанизации и светового загрязнения одна треть человечества и большинство людей в развитых странах не могут видеть Млечный Путь . [4]
Сумерки [ править ]
Когда солнце только что зашло, яркость неба быстро уменьшается, что позволяет нам видеть свечение воздуха, вызываемое с такой большой высоты, что они все еще полностью освещены солнцем, пока солнце не опустится более чем на 12 ° ниже горизонта. В это время преобладают желтые выбросы из слоя натрия и красные выбросы из кислородных линий 630 нм, которые вносят свой вклад в пурпурный цвет, который иногда наблюдается в гражданских и морских сумерках.
После того, как солнце зашло на эти высоты в конце морских сумерек, интенсивность света, излучаемого ранее упомянутыми линиями, уменьшается, пока кислородно-зеленый цвет не останется доминирующим источником.
Когда наступает астрономическая темнота, доминирует зеленая линия кислорода с длиной волны 557,7 нм, и происходит атмосферное рассеяние звездного света.
Дифференциальная рефракция заставляет различные части спектра доминировать, производя золотой час и синий час .
Относительные вклады [ править ]
В следующей таблице приведены относительные и абсолютные вклады в яркость ночного неба в зените совершенно темной ночью на средних широтах без лунного света и при отсутствии какого-либо светового загрязнения .
| Причина | Яркость поверхности [S 10 ] | Процент |
|---|---|---|
| Свечение | 145 | 65 |
| Зодиакальный свет | 60 | 27 |
| Рассеянный звездный свет | ~ 15 | 7 |
( Единица S 10 определяется как поверхностная яркость звезды, V-величина которой равна 10, и свет которой размазан на один квадратный градус, или 27,78 угловой секунды −2 .)
Таким образом, общая яркость неба в зените составляет ~ 220 S 10 или 21,9 mag / arcsec² в V-диапазоне. Обратите внимание, что влияние свечения воздуха и зодиакального света зависит от времени года, солнечного цикла и широты наблюдателя примерно следующим образом:
где S - солнечный поток 10,7 см в МЯн и изменяется по синусоиде от 0,8 до 2,0 с 11-летним солнечным циклом, что дает верхний вклад ~ 270 S 10 в максимуме солнечной активности .
Интенсивность зодиакального света зависит от эклиптической широты и долготы наблюдаемой точки в небе по отношению к солнечной. На эклиптических долготах, отличающихся от солнечной более чем на 90 градусов, соотношение
где β - широта эклиптики и меньше 60 °, когда больше 60 градусов, вклад такой же, как в таблице. Вдоль плоскости эклиптики наблюдается усиление зодиакального света, где он намного ярче около Солнца и со вторичным максимумом напротив Солнца на 180 градусах долготы ( gegenschein ).
В крайних случаях естественная зенитная яркость неба может достигать ~ 21,0 mag / arcsec², что примерно в два раза ярче, чем в номинальных условиях.
См. Также [ править ]
- Ночное небо
- Свечение
- Зодиакальный свет
- Световое загрязнение
- Небесное сияние
Ссылки [ править ]
- ^ Ф. Патат. «Яркость ночного неба» . ESO . Проверено 27 ноября 2015 .
- ^ Burns, ГДж, "Общее количество звезд и яркость неба," The Observatory, Vol. 33 , стр. 123–129, март 1910 г .; доступно в Системе астрофизических данных САО / НАСА (получено 27 ноября 2015 г.)
- ^ Yntema, Л., «О яркости неба и общая сумма Starlight,» Публикации Каптейн астрономической лаборатории Гронингена, т. 22 , стр. 1-55 (1909); доступно в Системе астрофизических данных САО / НАСА (получено 27 ноября 2015 г.)
- ^ Дэвис, Никола (2016-06-10). «Млечный Путь больше не виден для одной трети человечества, - показывает атлас светового загрязнения» . Хранитель . Проверено 11 июля 2016 .
