Земные закаты прекрасны и неповторимы, однако их общая цветовая палитра нам хорошо знакома, поскольку она практически идентична в разных уголках мира. В нашей статье мы расскажем вам о том, как выглядят закаты на других планетах и какую роль в этом играют различные механизмы рассеяния света.
Земная атмосфера состоит из крошечных молекул различных газов – преимущественно азота и кислорода. Механизм закатной зари на Земле базируется на явлении, известном как Рэлеевское рассеяние. Этот феномен является следствием рассеяния света на объектах, размеры которых не превышают длины волны. Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке неоднородной земной атмосферы – в каждой молекуле кислорода, азота и пр. Интенсивнее всего воздух рассеивает свет с короткой длиной волны, потому человеческий глаз видит небо голубым. По мере приближения Солнца к линии горизонта его лучам приходится преодолевать значительно более толстый слой атмосферы. Из-за увеличения пути света глаз наблюдателя достигают преимущественно длинноволновые цвета – красный, оранжевый, жёлтый. Коротковолновые цвета практически полностью «теряются» в толще атмосферы, поскольку они многократно рассеиваются в разные стороны.
Профессор Курт Элерс из колледжа Траки Мэдоус в Неваде посвятил свою карьеру исследованию природы марсианских закатов. По его словам, казалось бы логичным применять те же физические законы к механизмам закатов на других планетах, однако это далеко не всегда так. На Марсе дневное красно-коричневое небо сменяют голубые закаты. На Уране закатное небо становится голубым и постепенно сменяется бирюзовым цветом. Спутник Сатурна Титан встречает ярко-жёлтые закаты, постепенно изменяющие свой цвет на оранжевый и коричневый. Цвета закатов не единообразны для всех небесных тел, поскольку их палитры являются продуктом атмосферы, которая уникальная для каждой планеты. Кроме того, на оттенки влияет наличие в атмосфере не только газообразных, но и твёрдых частиц.
На планетах, в атмосферах которых преобладают газы, закаты отчасти повторяют земные механизмы с более доминантным проявлением длинноволновых цветов по мере приближения Солнца к линии горизонта. В случае Урана присутствующие в атмосфере молекулы водорода, гелия и метана практически полностью поглощают красный цвет. На первых этапах заката глаз наблюдателя улавливал бы только короткие волны голубого цвета, однако постепенно над ними начинают преобладать более длинные волны зелёного цвета, и небо Урана становится бирюзовым.
В отдельных случаях газ составляет лишь малую долю атмосферы: например, на Марсе на него приходится около 1/80 всех частиц. Преобладание в «воздухе» частиц пыли подразумевает совершенно иные механизмы рассеяния солнечного света. В отличие от газа, который рассеивает волны света во все стороны, твёрдые частицы направляют свет только в одном направлении. Кроме того, длинные волны света распространяются под более широким углом, из-за чего красный цвет кажется полупрозрачным. В то же время короткие волны рассеиваются под меньшим углом, потому голубые и синие оттенки выглядят примерно в 6 раз более сконцентрированными. Наблюдая марсианские закаты «глазами» марсоходов, мы видим белое Солнце, окружённое голубоватым свечением. Лишь в участках неба вдалеке от Солнца какое-то время сохраняется призрачный красный цвет.
Практические невозможно предсказать палитры закатов на других планетах и лунах, не имея чёткого понимания поведения составляющих их атмосферы. На сочетание цветов влияет не только тип частиц, но и их размеры и концентрация. Чтобы максимально близко визуализировать закаты на других объектах нашей Вселенной, учёные разработали PSG – генератор планетарного спектра. Учитывая расположения планеты или спутника относительно звезды, а также известные характеристики их атмосферы, этот инструмент создаёт симуляцию местного неба. Хотя такие симуляции не являются абсолютно достоверным отображением того, как свет проходит сквозь атмосферу того или иного космического тела, учёные уверены, что PSG может найти применение в реальных миссиях по освоению космоса. В частности, генератор может пригодиться для понимания состава и поведения атмосфер исследуемых объектов, поскольку специалисты могут в режиме реального времени регулировать симуляцию для максимально точной интерпретации фотометрии, выполненной орбитальными аппаратами и атмосферными зондами.