Почему мерцают звезды (и почему этого не делают планеты)?

В ясную ночь звезды сверкают, словно крошечные бриллианты, но задумывался ли кто-нибудь, почему это происходит? На самом деле звезды не мерцают сами по себе. Знакомое всем дрожание вызвано тем, что земная атмосфера преломляет звездный свет на пути к глазу наблюдателя. Еще интереснее то, что в то время как звезды мерцают, планеты обычно светят ровно. Эта загадка, знакомая многим по детским стихам, на поверку оказывается увлекательным уроком физики и метеорологии, а также руководством по чтению ночного неба — достаточно лишь поднять голову.

Что заставляет звезды мерцать?

Причина заключается в следующем: звезды мерцают, потому что даже в самые мощные телескопы они выглядят как безразмерные точки света. Из-за этого их крошечные изображения легко искажаются при прохождении через плотные слои атмосферы.

Но почему в одни ночи они мерцают сильнее, чем в другие? Ответ на этот ключевой вопрос позволяет определить состояние воздушных масс над головой.

Как земная атмосфера преломляет звездный свет

Когда свет проходит через воздух разной плотности, он меняет направление — этот процесс называется рефракцией (преломлением). Это явление можно наблюдать, опустив ложку в стакан, наполовину наполненный водой. Ложка кажется изогнутой, так как изображение отклоняется при переходе из менее плотной воздушной среды в более плотную водную.

Поскольку холодный воздух плотнее теплого, то же самое происходит, когда точечное изображение звезды проносится через атмосферные слои с разной температурой. Если эти слои находятся в движении (а это происходит почти всегда), свет начинает отклоняться в разные стороны. Так и возникает мерцание.

Почему в некоторые ночи звезды мерцают сильнее

Таким образом, мерцание звезд указывает на температурную неоднородность воздуха. Это не удивительно, ведь воздух (особенно сухой) быстро остывает после захода солнца. Когда звезды не мерцают, это говорит о том, что воздушные массы вверху более однородны, что характерно для влажного или затуманенного воздуха. Поскольку летний воздух содержит гораздо больше водяного пара, он не остывает так быстро ночью, что препятствует мерцанию.

Свет от звезд, находящихся низко над горизонтом, проходит через более толстый слой атмосферы, поэтому мерцание обычно усиливается вблизи линии горизонта. В такие моменты яркие мерцающие звезды могут даже на мгновение распадаться на отдельные чередующиеся цвета.

Удивительно ясные ночи, когда кажется, что миллионы звезд заливают небо в сельской местности (на самом деле невооруженным глазом видно не более 2600 звезд), обычно сопровождаются быстрым охлаждением воздуха и сильным мерцанием. С другой стороны, в теплые, туманные и влажные ночи звезды светят ровно. Это лучшее время для наблюдений в телескоп за Луной и планетами, так как их изображения будут четкими, а не размытыми.

Мерцают ли планеты?

Старая поговорка гласит, что звезды мерцают, а планеты — нет. Обычно это действительно так. Дело в том, что планеты обладают видимыми размерами, даже если невооруженному глазу они кажутся точками. Их большая угловая ширина делает их более устойчивыми к искажениям, вызванным атмосферой. В этом можно убедиться на примере Юпитера, который в эти ночи сияет высоко в небе как самая яркая «звезда».

Часто задаваемые вопросы

Почему звезды мерцают?

Звезды мерцают, потому что их свет проходит через земную атмосферу, состоящую из движущихся слоев воздуха с различной температурой и плотностью. При преломлении (рефракции) света кажется, что звезда дрожит или меняет яркость.

Почему планеты не мерцают так, как звезды?

Планеты обычно не мерцают, потому что их видимый размер больше, чем у звезд. Их более широкие диски усредняют атмосферные искажения, благодаря чему свет выглядит более стабильным.

Почему в некоторые ночи звезды мерцают сильнее?

Мерцание усиливается при нестабильности атмосферы, например, в холодные сухие ночи, когда температура воздуха быстро меняется. Спокойный, влажный или туманный воздух способствует уменьшению мерцания.

Почему звезды у горизонта мерцают сильнее?

Свет от звезд вблизи горизонта проходит через более плотный слой атмосферы, чем свет от звезд в зените. Избыток воздуха усиливает искажения, делая мерцание более заметным и иногда вызывая смену цветов.

Мерцают ли звезды в космосе?

Нет. В космосе звезды не мерцают, так как там нет атмосферы, преломляющей их свет. Астронавты видят звезды как неподвижные точки света.

Может ли мерцание звезд предсказать погоду?

Да! Быстрое мерцание часто указывает на сухой, турбулентный воздух, что нередко случается перед похолоданием. Ровный свет звезд обычно свидетельствует о влажном или стабильном воздухе, что часто предшествует облачности или осадкам.

Является ли мерцание тем же самым, что и сцинтилляция?

Да. «Сцинтилляция» — это научный термин, обозначающий мерцание звезд, вызванное атмосферной рефракцией.

Таким образом, простое наблюдение за звездами превращается в урок физики, позволяет оценивать состояние атмосферы, отличать планеты от звезд и подсказывает идеальное время для использования телескопа. Кто бы мог подумать, что обычный взгляд на ночное небо может оказаться столь информативным?