Почему мерцают звезды. Почему звезды мерцают — объяснение для детей

⁰

Звёзды на безоблачном ночном небе рассыпаны, как алмазы на черном бархате: не только светят, они сияют, искрятся, переливаются и сверкают: яркость света, который нам посылают далекие звезды, неравномерна, он кажется мерцающим.

Наша "героиня", снятая на видео, демонстрирует эффект мерцания особенно чётко. Это звезда Арктур в созвездии Волопаса, являющаяся самой яркой звездой северного полушария. Её можно найти, если проложить дугу по трём звездам, входящим в ручку ковша Большой Медведицы. Его мерцание особенно заметно.

Самая яркая звезда северного полушария

Почему звезды мерцают?

"Мерцание появляется, так как звездный свет должен пройти через турбулентную атмосферу Земли", - поясняет Себастьян Шрётер (Sebastian Schröter) из обсерватории Гамбурга. Эффект возникает, таким образом, лишь на последнем отрезке пути света звезды к глазу наблюдателя. "Огромные расстояния в пространстве свет проходит практически беспрепятственно", - уточняет Шрётер ", но затем в атмосфере Земли он попадает в колеблющиеся слои воздуха". Каждый, кто однажды посмотрел сбоку на горячую асфальтированную дорогу, знаком с искажающим эффектом, появляющимся под воздействием воздуха различной температуры: образуются полосы, и асфальт за ними кажется слегка двигающимся. Аналогичный эффект создаёт движение различных теплых воздушных масс в атмосфере при прохождении через них света звезд. Таким образом, в долю секунды возникают колебания света, звезды начинают танцевать и их светимость кажется колеблющейся.

Для астронавтов на МКС романтический эффект сверкающего звездного неба не виден. Это обстоятельство используется современной астрономией, говорит Шрётер: "Космический телескоп Хаббл, как и Кеплер, находится на орбите за пределами земной атмосферы и, следовательно, может беспрепятственно наблюдать Вселенную». Однако с Земли преодолеть турбулентность воздуха можно только с помощью сложной коррекции".

Сопоставьте размеры Арктура и Солнца

Почему не мерцают планеты?

Некоторые световые точки ночного неба вовсе не являются далекими неподвижными звездами. Это планеты Солнечной системы. Их трудно отличить невооруженным глазом от звезд, но всё же у планет есть одна особенность - слабое мерцание. Они так близко к земле, что выглядят, в отличие от звезд, не как точки, а, при ближайшем рассмотрении, как крошечные диски. На освещённой поверхности таких планет, как Венера, Марс или Юпитер, колебания яркости, а потому и сверкание, менее заметны, чем мерцание звёзд - крошечных световых точек.

Видео мерцающей звезды Арктур

: мы видим серебристый свет , планеты, движущиеся по своим орбитам, далекие звезды, мерцающие светом, испущенным миллионы лет назад.

Этот танец света, который мы видим, когда смотрим на звезды, завораживает людей на протяжении веков — даже самых маленьких людей. По мере взросления мы узнаем имена звезд и созвездий.

Но почему же звезды мерцают? Почему они словно «танцуют» в ночном небе?

Для начала обратим наш взгляд на уровень земли. Представьте, что вы видите волнообразное движение воздуха прямо над горячим песком. Мы видим этот эффект, потому что горячий воздух имеет меньшую плотность по сравнению с более прохладным воздухом, находящимся над ним, и поэтому он поднимается вверх. Теплых воздух рассеивает и преломляет свет несколько иначе, чем холодный, поэтому он немного меняет направление его распространения. Нам при этом кажется, что воздух словно становиться жидким.

Таким способом можно управлять направлением распространения света, изменяя то, что называется показателем преломления. По существу, этот показатель говорит о том, насколько именно луч света изменил направление: высокий показатель преломления означает, что направление распространения света будет изменено достаточно сильно.

Но вернемся к звездам: между нами и миллиардами солнц в космосе есть толстый слой плотной земной атмосферы. Хотя атмосфера и позволяет нам выжить, оно искажает для нас истинный свет Вселенной.

Атмосфера похожа на многослойный «торт», со сложными уровнями плотности, которая уменьшается по мере того, как вы удаляетесь от . Точно так же, как тепло песка вызывает «помехи» в воздухе над ним, звездный свет не имеет прямого пути, поскольку он добирается до наших глаз из космоса. Там, где встречаются разные по плотности слои воздуха, свет слегка преломляется в новом направлении, и процесс повторяется при прохождении каждого последующего слоя.

Это приводит к эффекту зигзага, создавая иллюзию, что звезда слегка смещается. Научное название этого эффекта — «звездная сцинтилляция», и по причине его существования космические телескопы создают гораздо более совершенные изображения, чем наземные обсерватории.

Но почему же, в таком случае, не все звезды мерцают? Есть две основные причины. Во-первых, свет от звезд, которые находятся в момент наблюдения ближе к горизонту должен проделать путь к нашим глазам через большее расстояние в атмосфере, и поэтому он проходит более причудливую траекторию, чем свет от звезд, расположенных высоко. Дело может быть еще в том, что тот объект, который кажется звездой, иногда является планетой.

Звезда мерцает не только потому, что ее свет должен проходить через атмосферу, но также потому, что ее свет очень слабый. Расстояние от этих звезд до Земли настолько велико, что они кажутся просто точками. Планеты, конечно, гораздо ближе, поэтому их свет выглядит скорее как диск, а не точка.

Так что в следующий раз, когда вы будете на небо в ночное время, и задаваться вопросом — почему же танцуют звезды? — или ваш ребенок, или внук спросят вас об этом, вы будете знать, что ответить.

Бесспорно, главная звезда зимой. Этот ярчайший бриллиант буквально бросается в глаза, настолько он яркий! Впрочем, людей, далеких от астрономии, в еще большей степени удивляет поведение звезды : Сириус обычно сильно мерцает и переливается всеми цветами радуги, да так быстро, что даже нельзя сходу сказать, какого он цвета. Почему так?

Прежде чем пускаться в объяснения, заверим, что мерцают все звезды , не только Сириус. (Если вы увидите на небе очень яркую, но практически не мерцающую звезду, то, скорее всего, это планета - Венера или Юпитер.) Сильнее мерцают те звезды, которые находятся ближе к горизонту; находящиеся в зените, наоборот, мерцают гораздо слабее .

То же касается и быстрой смены цветов: не один Сириус демонстрирует подобный эффект, но в случае с этой звездой он особенно бросается в глаза - просто потому, что Сириус самая яркая звезда ночного неба и обращает на себя первоочередное внимание. И, честно говоря, в наших широтах Сириус мерцает практически всегда, поскольку не поднимается высоко над горизонтом.

За всеми этими явлениями стоит земная атмосфера. Дело в том, что воздушная оболочка вокруг нашей планеты вовсе не однородна. На разной высоте воздух имеет разную температуру, что приводит к образованию воздушных течений, вихрей, ячеек Хэдли и других образований. Воздушные ячейки имеют разную плотность из-за различных температур, а значит по-разному преломляют и отклоняют проходящий через них свет. Для простоты такие атмосферные ячейки можно сравнить с очень слабыми линзами, способными фокусировать и отклонять проходящие через них лучи света.

Звезды мерцают гораздо сильнее у горизонта, чем в зените, поскольку их свет проходит через большую толщу воздуха. Рисунок: Bob King

По этой причине даже в самую спокойную и прозрачную ночь свет звезд доходит до нас хоть немного, но искаженным. Проходя же сквозь неспокойную атмосферу, свет звезды будет то фокусироваться и полностью попадать в глаз (и в этот момент мы увидим ее яркой), то большей частью отклоняться в сторону (и тогда она потускнеет). Это быстрое колебание блеска мы и называем мерцанием .

Кстати, изгибание света можно заметить непосредственно , если наблюдать Сириус в телескоп с большим увеличением. Мало того, что звезда будет выглядеть в окуляре не сфокусированным до конца пятном света, так она еще будет и плясать из стороны в сторону, будто живая!

Но наиболее поразительным следствием этого эффекта является тот факт, что звезда на мгновение может совершенно исчезнуть! Понаблюдайте внимательно некоторое время за Сириусом в ночь, когда он сильно мерцает, и вы почти гарантированно поймаете такой момент!

Второй момент - переливание Сириуса всеми цветами радуги. И здесь все дело в атмосферной циркуляции, ведь свет разной длины волны по-разному искривляется! Выходит, что воздух ведет себя как призма, разлагая свет звезды на спектр! Но до нас доходит то один цвет, то другой, то третий. Если фотографировать Сириус последовательно очень короткими экспозициями, то мы увидим на фотографиях буквально всю палитру цветов!

Ряд мгновенных фотографий Сириуса, иллюстрирующий хаотичное изменение цвета звезды. Сириус на снимках предстает кружками, потому что был намеренно выведен из фокуса с целью показать цвет более четко. Фото: Bob King

Если же снять звезду с более долгой экспозицией, но при этом водить фотокамеру из стороны в сторону, чтобы звезда постоянно перемещалась в объективе, то на фотографии Сириус предстанет красивой разноцветной кривой.

Сцинтилляции (мерцание) Сириуса, снятые через дрожащую камеру. Фото: www.cosmicriver.net

На самом деле цвет Сириуса белый. Это горячая звезда, температура поверхности которой почти вдвое выше температуры поверхности Солнца! В южных странах, где Сириус поднимается к зениту и не мерцает так сильно, белый цвет звезды виден очень ясно.

В мире много интересного. Мерцание звезд - одно из самых удивительных явлений. Сколько всевозможных поверий связано с этим явлением! Неизвестное всегда пугает и притягивает одновременно. Какова же природа такого явления?

Влияние атмосферы

Астрономы сделали интересное открытие: мерцание звёзд никак не связано с их изменениями. Тогда почему звезды мерцают на ночном небе? Всё дело в атмосферном движении потоков холодного и горячего воздуха. Где проходят тёплые слои над холодными, там образуются вихри воздуха. Под действием этих вихрей лучи света искажаются. Так световые лучи искривляются, изменяя видимое положения звезд.

Интересен тот факт, что звёзды вообще не мерцают. Такое видение создается на земле. Глаза наблюдателей воспринимают свет, исходящий от звезды, после его прохождения сквозь атмосферу. Поэтому на вопрос о том, почему звезды мерцают, можно ответить, что звёзды не мерцают, а то явление, которые мы наблюдаем на земле, - это искажение света, прошедшего путь от звезды сквозь атмосферные слои воздуха. Если бы таких движений воздуха не происходило, то и мерцания не наблюдалось бы, даже от самой далёкой звезды в космосе.

Научное объяснение

Если раскрыть более подробно вопрос о том, почему звезды мерцают, то стоит отметить, что этот процесс наблюдается тогда, когда свет от звезды переходит из более плотного атмосферного слоя в менее плотный. К тому же, как было сказано выше, эти слои постоянно перемещаются относительно друг друга. Из законов физики известно, что тёплый воздух поднимается, а холодный, наоборот, опускается. Именно тогда, когда свет проходит эту границу слоёв, мы и наблюдаем мерцание.

Проходя сквозь слои воздуха, разные по плотности, свет звезд начинает мерцать, а их очертания расплываются и изображение увеличивается. При этом интенсивность излучения и, соответственно, яркость тоже меняются. Таким образом, изучая и наблюдая вышеописанные процессы, учёные поняли, почему звезды мерцают, а их мерцание различается по интенсивности. В науке такое изменение световой интенсивности называется сцинтилляцией.

Планеты и звёзды: в чём разница?

Интересен и тот факт, что не от каждого космического светящегося объекта исходящий свет даёт явление сцинтилляции. Возьмём планеты. Они тоже отражают солнечный свет, но не мерцают. Именно по характеру излучения планету отличают от звезды. Да, свет звезды даёт мерцание, а планеты - нет.

Ещё с древних времён человечество научилось по звездам ориентироваться в пространстве. В те времена, когда точные приборы не были изобретены, небо помогало найти верный путь. И сегодня эти знания не утратили своего значения. Астрономия как наука зародилась в 16 веке, когда впервые изобрели телескоп. Вот тогда и стали вплотную наблюдать свет звезд и изучать законы, по которым они мерцают. Слово астрономия в переводе с греческого - это "закон звёзд".

Наука о звёздах

Астрономия изучает Вселенную и небесные тела, их движение, расположение, строение и происхождение. Благодаря развитию науки, астрономы объяснили, чем мерцающая звезда на небе отличается от планеты, каким образом происходит развитие небесных тел, их систем, спутников. Эта наука заглянула далеко за границы Солнечной системы. Пульсары, квазары, туманности, астероиды, галактики, чёрные дыры, межзвёздное и межпланетное вещество, кометы, метеориты и всё, что касается космического пространства, изучает наука астрономия.

На интенсивность и цвет мерцающего звёздного сияния влияет ещё высота атмосферы и приближённость к горизонту. Нетрудно заметить, что звёзды, расположенные близко к нему, светят ярче и переливаются разными цветами. Особенно красивым становится это зрелище в морозные ночи или сразу после дождя. В эти моменты небо безоблачно, что способствует более яркому мерцанию. Особое сияние у Сириуса.

Атмосфера и звёздное сияние

При желании наблюдать за звёздным мерцанием следует понимать, что при спокойной атмосфере у зенита это возможно только изредка. Яркость светового потока постоянно меняется. Это опять-таки связано с отклонением световых лучей, которые неравномерно концентрируются над земной поверхностью. На звёздный пейзаж влияние оказывает и ветер. При этом наблюдатель звёздной панорамы постоянно оказывается попеременно в затемнённой или освещённой области.

При наблюдении за звёздами, расположенными на высоте более 50°, изменение цвета не будет заметным. А вот звёзды, которые находятся ниже 35°, будут мерцать и менять цвет довольно часто. Очень интенсивное мерцание говорит о неоднородности атмосферы, что непосредственно связано с метеорологией. Во время наблюдения за звёздным мерцанием было замечено, что оно имеет свойство усиливаться при пониженном атмосферном давлении, температуре. Усиление мерцания можно заметить также при увеличении влажности. Однако предсказывать погоду по сцинтилляции нельзя. Состояние атмосферы зависит от большого числа различных факторов, что не позволяет делать выводы о погоде только по звёздному мерцанию. Безусловно, некоторые моменты работают, но до сих пор это явление имеет свои неясности и загадки.

Вы замечали, каким тихим и безмятежным кажется звездное небо? И стоит только на минуту остановиться и заглянуть в него, как наступает некое блаженное оцепенение.

Кажется, само мироздание вводит в этот необъяснимый транс, пытается сказать важное, напомнить, что вы с ним единое целое. И звезды мерцают неспешно и ласково, как будто понимающе, по-родственному, подмигивают. Приглашают в путешествие по Вселенной.

Из-за чего свет звезд становится мерцающим?

Звезды - небесные тела гигантских размеров. От Земли они находятся на расстоянии многих световых лет. Вот почему мы видим их маленькими точечками. Состоят они из газа, имеют форму шаров с неровными краями.

Внутри звезды происходит термоядерная реакция, которая накаляет газовый состав небесного тела, поэтому оно светится. Излучение настолько сильное, что лучи преодолевают громадные космические дистанции, и мы можем его видеть.

На самом деле свет звезды относительно ровный и постоянный. Иллюзия мерцания присутствует только здесь, на Земле. Лучи света проходят через атмосферу, она создает своеобразный барьер между нами и космосом.

Сама атмосфера неоднородная, ее слои разной температуры, и, соответственно, разной плотности. Они по-разному преломляют свет. Мы же это видим как мерцание звезд. Это просто красивый оптический эффект.

Если, например, разглядывать звезды с космического корабля, с Луны или другой планеты, где нет атмосферы, их свечение будет ровным и непрерывным. Все серьезные научные обсерватории стараются устанавливать как можно выше в горах. Там атмосферные слои менее плотные и мигание меньше отвлекает от наблюдений.

Почему они светятся разными цветами?

Кто любит наблюдать за ночным небом, не раз замечал, что оно не просто мерцает, но еще и создает своеобразную «цветомузыку». С Земли мы видим мигание разными цветами: синим, красным, белым, желтоватым. Иногда случается, что одна и та же звезда рядом стоящим людям может «подмигивать» различными оттенками.

Эта красота достигается совпадением нескольких факторов.

Зависимость цвета звезды от ее температуры и возраста

Во-первых, сами звезды имеют различный цвет. Он зависит от интенсивности, температуры термоядерной реакции. Чем выше градус - тем ближе окрас небесного тела к белому или голубому.

Самые холодные звезды - красные. Вы можете пронаблюдать это действо смены цветов, если станете нагревать металл. В зависимости от степени накаливания он будет менять окраску от красного до белого в точке самой высокой температуры.

По температуре и цвету этих небесных светил астрономы научились определять их возраст. Век звезды конечен. Он начинается со взрыва (в этот период звезда имеет самую высокую температуру) и белое или голубое свечение.

При постепенном снижении интенсивности реакций, цвет меняется и светит сначала желтоватыми, а затем - красными оттенками в конце своего цикла. Цвет главного источника земной жизни, нашей звезды - Солнца, сейчас светло-желтый. То есть она - «дама» среднего возраста, в самом расцвете сил.

«Кривая линза» атмосферы

Во-вторых, наша атмосфера не только разнородна по плотности, но и подвижна. В ней происходят постоянные движения, перемещения слоев и различные завихрения масс воздуха. Поэтому она устраивает нам не только перебои-мигания лучей света.

Ее движущийся состав еще и рассеивает, раскладывает свечение на спектры и преломляет их. Это похоже на работу кривой линзы, причем угол кривизны в ней постоянно меняется. Получается, что мы рассматриваем разноцветные звезды на небе через большую, постоянно движущуюся «линзу».

Почему планеты не мерцают?

Но не все небесные светила загадочно мерцают нам из космоса, некоторые дают равномерное, постоянное свечение. Это планеты. Звезды мигают, а планеты нет.

Их легко отличить еще и по форме. Планеты мы видим не как точку, а как светящиеся диски, у них четкие ровные края. Считается, что планеты - это погасшие звезды и состав их не газообразный, а плотный, поэтому их контуры и не размыты, как у звезд.

Откуда тогда свет? Планеты сами не светятся, они лишь отражают лучи находящегося рядом звездного светила. В нашей системе - это Солнце. Кроме того, они расположены намного ближе к поверхности Земли. По этим двум причинам атмосферная «линза» «показывает» их нам крупнее и без мерцания.

Какие планеты видны с Земли без телескопа?

Самые заметные планеты, которые можно увидеть без специальных приборов - Венера и Юпитер. Венера - самая яркая, очень хорошо видна на заре и вечером, Юпитер - немного бледнее. Обе они желтые.

Время от времени можно обнаружить на небе и Марс - небольшой, светящийся красным диск. Остальные погасшие звезды Солнечной системы можно увидеть только с помощью мощной техники.

Зато, чтобы любоваться далекими, но горящими звездами, достаточно просто безоблачной погоды. Особенно красиво и заметно их мерцание в морозные ночи или после дождя.