На самом деле звезды не включают и не выключают свой свет, когда мы видим их мерцание. Это мерцание возникает в пространстве между звездой и вашими глазами, пока луч проходит сквозь подвижную, неспокойную атмосферу Земли. Планеты страдают от того же воздуха, но обычно выглядят более спокойными и устойчивыми. Секрет в том, что их свет исходит не из математической точки, а с крошечного, но всё же ощутимого диска.
Беспокойный воздушный океан
Воздух никогда не бывает однородным. Над поверхностью земли постоянно перемешиваются и движутся воздушные карманы с разной температурой, плотностью и влажностью. Каждый такой карман слегка преломляет свет по-разному. Астрономы называют это явление рефракцией, а постоянно меняющуюся картину искажений — астроклиматом или атмосферным качеством изображения (seeing).
Когда свет звезды попадает в одну из этих движущихся ячеек, видимое положение и яркость светила на мгновение меняются. Человеческий глаз считывает эти быстрые перемены как дрожание или шиммер. У горизонта этот эффект гораздо сильнее: там луч проходит сквозь более длинный и плотный слой атмосферы, собирая максимум искажений.
Почему звезды — это точки
Даже самая гигантская звезда невооруженным глазом видна как точечный источник света. Её поверхность колоссальна, но расстояние столь огромно, что видимый диск звезды становится гораздо мельче любых искажений, порождаемых турбулентностью воздуха. Поэтому луч, достигающий сетчатки, абсолютно беззащитен перед любым изменением среды на своем пути.
Именно поэтому яркие звезды низко над горизонтом могут хаотично мигать красным, синим или белым. Атмосфера преломляет волны разной длины под немного разными углами, разлагая свет, словно живая призма. Сама звезда при этом не меняет свой истинный цвет с такой бешеной скоростью.
Почему планеты выглядят спокойнее
Планеты находятся к нам гораздо ближе звезд. В телескоп они предстают как ощутимые диски, но даже невооруженным глазом их видимый размер чуть больше, чем идеальная точка далекой звезды.
Свет от одного края планетного диска может преломиться в одну сторону, а от другого — в иную. Эти световые пучки накладываются друг на друга и частично гасят помехи. Вместо одного скачущего луча глаз получает множество слегка различающихся сигналов. Планета всё еще может подрагивать, особенно у горизонта, но сильного стробоскопического мерцания, как у звезд, обычно не заметно.
Это полезное правило для наблюдений, но не абсолютный тест. В неспокойной атмосфере Венера или Юпитер могут мерцать довольно заметно. А звезда высоко в зените тихой ясной ночью может сиять абсолютно ровно. Разница — в степени возмущения, а не в гарантированно работающем законе.
Жизнь над одеялом атмосферы
В космосе привычное нам мерцание исчезает полностью. В НАСА подчеркивают: именно земная атмосфера смазывает картинку в наземные телескопы и заставляет звезды дрожать. Космические обсерватории лишены этого недостатка и могут получать кристально четкие снимки, не дожидаясь идеальной погоды.
Тем не менее наземные астрономы научились бороться с помехами с помощью систем адаптивной оптики. Они замеряют искажения в реальном времени и быстро изменяют форму зеркала телескопа, компенсируя дрожание. Длинные выдержки также могут записать усредненное положение объекта, хотя изображение всё равно рискует остаться размытым. Саму эту размытость ученые называют термином «сиинг» — состоянием, ограничивающим разрешение любой наземной оптики.
Мерцание — это не жизнь звезды
Звезды действительно могут менять яркость по реальным физическим причинам. Пульсирующие гиганты расширяются и сжимаются, извержения выбрасывают потоки энергии, а вращение может выводить на обзор звездные пятна. Но эти изменения происходят по своим законам, в своих временных масштабах и фиксируются точными приборами.
Атмосферное мерцание — совсем другое. Это локальный оптический эффект, меняющийся ежесекундно вместе с воздухом над головой наблюдателя. Космический телескоп может записать ту же звезду как абсолютно стабильную, пока наземный наблюдатель видит бешеную дискотеку. Звезда не получала двух разных команд; просто её свет прошел сквозь две принципиально разные среды.
Проведите тест самостоятельно
Ясным вечером сравните в небе яркую звезду и яркую планету. Посмотрите на них вблизи горизонта, где толща воздуха максимальна, а затем высоко в небе. Звезда почти наверняка покажет более сильные смены цвета и интенсивности дрожания. Если воздух крайне нестабилен, планета тоже может пульсировать, но гораздо более плавно.
В следующий раз, когда звезда как будто подмигивает вам, знайте: это движение рассказывает нечто важное о воздухе прямо над вами. Свет начал свое путешествие годы, столетия или даже тысячелетия назад, но его последняя искра, финальный блеск принадлежит исключительно Земле.
Источники: NASA Science Space Place: «Why do stars twinkle?» — Описание физики процесса преломления света в турбулентной атмосфере. NASA Exoplanet Exploration: «Why do stars twinkle, but planets don’t?» — Сравнение точечных источников света звезд и планет как дисков. Sky & Telescope / Royal Museums Greenwich: «Why Do Planets Don’t Twinkle?» — Материалы о разнице в видимых угловых размерах и роли наложения световых пучков. ESO (European Southern Observatory): «Adaptive Optics» — Описание технологий адаптивной оптики, компенсирующей эффекты мерцания для наземных обсерваторий.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий