Что можно увидеть на линии горизонта (и как далеко она находится?)

Многим знакомо удовольствие от наблюдения за закатом над горизонтом, особенно во время отдыха на морском побережье. Вид на горизонт открывает множество уникальных чудес неба — и все они удобно расположились прямо перед нами. Давайте разберем несколько таких удивительных и необычных явлений. Ощутить себя участником Стоунхенджа можно, даже не сдвинув с места ни единого камня.

Некоторые наблюдатели, например, находясь на берегу океана, могут видеть небо вплоть до самого горизонта. Конечно, у большинства людей поле зрения в какой-то точке перекрыто. Но возможность смотреть на горизонт имеет огромное значение, поскольку любой небесный объект сильно меняется, когда мы видим его очень низко над землей.

Что такое горизонт?

Горизонт — это та волшебная, но невидимая линия, которая как будто отделяет Землю от неба. Это самая дальняя точка, доступная нашему взору, место, где небо соприкасается с Землей. Кажется, что достичь ее так же трудно, как радуги или горшочка с золотом!

Как далеко находится горизонт?

Горизонт не так далек, как можно подумать. Всем известно, что Земля не является бесконечно плоской (при всем уважении к сторонникам теории плоской Земли). Наша планета представляет собой несовершенную сферу (она слегка выпуклая у экватора).

Расстояние можно вычислить математически. Оно зависит от двух факторов: 1) вашего роста и 2) окружающего рельефа. Существуют и другие факторы, но не будем усложнять.

• Если человек ростом 1,8 метра стоит на уровне моря и смотрит на воду, горизонт находится примерно в 4,8 километра от него.
• То же самое касается случая, когда вы сидите в каноэ на уровне воды. Именно поэтому в прошлом на высоких кораблях были наблюдательные посты — «вороньи гнезда».
• Разумеется, если вы находитесь на вершине горы, горизонт отодвигается на гораздо большее расстояние. С небольшой горы высотой 400 метров можно увидеть объекты на расстоянии 71 километра.

Для тех, кто любит математику, существует специальный калькулятор расстояния до горизонта.

Наблюдение за небом у горизонта

Теперь перейдем к наблюдению за небесными объектами при чистом горизонте. Первое следствие очень низкого расположения объекта — звезды, планеты, Солнца или Луны — заключается в их значительном потемнении. Астрономы называют это экстинкцией (ослаблением света). Чтобы по-настоящему понять этот процесс, нужно учесть, как атмосфера меняет внешний вид объекта.

Может показаться, что разница невелика, ведь чистый сухой воздух прекрасно пропускает видимый свет. Долгое время возникал вопрос: действительно ли астронавты на орбите получают лучший вид на Вселенную? В конце концов, если вы находитесь на МКС (Международной космической станции), вам приходится смотреть через окна из плавленого кварца толщиной 12,7 сантиметра. Столь значительный слой материала должен ухудшать видимость. Но компенсирует ли это пребывание в космосе?

Возможность получить ответ представилась 25 лет назад во время интервью с астронавтом Энди Томасом, командиром первой миссии Space Shuttle после трагической катастрофы «Челленджера». Известно, что Томас вырос в глубинке Австралии, вдали от городских огней, и был астрономом-любителем задолго до того, как стал профессиональным пилотом. Если кто-то в мире и мог ответить на этот вопрос, то именно он.

Ответ был прямолинейным: «Количество звезд, вероятно, сопоставимо с обеих точек обзора, но наблюдение через окна всегда сужает обзор по сравнению с естественным широко открытым небом, когда вы находитесь далеко от города».

Вывод: не обязательно лететь в космос, чтобы получить лучший вид на ночное небо!

Сложности наблюдений у горизонта

Главная проблема наблюдений у горизонта заключается в том, что мы смотрим сквозь атмосферу Земли. Воздух содержит не только водяной пар, прозрачный газ, но и бесчисленное множество мельчайших капель жидкости. Они создают общий эффект «белесости». Люди на юго-востоке США наблюдают это постоянно: дневное небо без облаков там вовсе не темно-синее, а бледно-молочно-голубое или даже белое. Это происходит из-за всех тех крошечных взвешенных капель воды.

Но давайте рассмотрим подробнее, через какой объем дополнительного воздуха (и всего, что с ним смешано, включая капли воды, пыль и частицы загрязнений) приходится смотреть при наблюдении низко расположенного объекта:

• Минимальный слой воздуха между вами и звездой — когда она находится в зените, то есть прямо над головой. Это называется «одной атмосферой». Как нас учили в школе, на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давит около 1 килограмма воздуха. Когда же вы смотрите на звезду на полпути к горизонту, ваш косой взгляд проходит через более длинный путь в атмосфере, примерно в 1,5 раза больший, чем при взгляде прямо вверх.
• Когда объект находится очень низко у горизонта — скажем, Луна перед заходом, — его свету приходится преодолевать 40 атмосфер, чтобы добраться до ваших глаз. Сам по себе воздух довольно прозрачен, но вы также смотрите сквозь 40-кратный объем капель воды, частиц пыли и всего остального, что ослабляет свет на 11 звездных величин — это колоссальная разница. Именно поэтому безопасно смотреть на закатное Солнце, но вредно для глаз, когда оно находится выше в небе.
• Вступают в силу и другие эффекты. Существует так называемое рэлеевское рассеяние. Это отражение света от молекулы к молекуле, которое гораздо сильнее воздействует на короткие световые волны (фиолетовые и синие цвета), чем на теплые, красные. Это помогает объяснить, почему звезды, Луна и Солнце кажутся красноватыми, когда находятся очень низко. Рассеяние синего света также объясняет, почему далекие горы имеют голубоватый оттенок.

В конечном итоге, яркость объектов у горизонта настолько сильно падает, что вы попросту не увидите звезд, когда они находятся очень близко к линии горизонта. Попробуйте проверить это в следующий раз, когда будете в походе. Оглянитесь вокруг. В сельской местности ночь буквально залита звездами. Но присмотритесь внимательнее: вокруг всего неба, вдоль горизонта, есть широкая полоса, лишенная звезд. Там царит темнота. Это происходит потому, что ослабление света на 11 звездных величин делает невидимыми даже яркие звезды.

Чудеса на линии горизонта

Однако не все так мрачно. На горизонте происходят восхитительные и странные явления, которые невозможно увидеть больше нигде.

Иллюзия Луны

Психологический эффект, с которым сталкивается каждый, кто смотрит чуть выше горизонта. Поскольку вы видите Луну или созвездия рядом с земными объектами на расстоянии, такими как церковные шпили и другие постройки, небесный объект приобретает относительный размер, которого у него не было, когда необъятное небесное полушарие над головой визуально уменьшало его.

С наступлением осени созвездие Большой Медведицы находится в самой низкой точке за год, едва поднимаясь над северным горизонтом в первые часы после заката. В результате прилагательное «Большая» становится как нельзя более уместным: гигантский ковш выглядит просто огромным.

Независимо от того, относится ли это к созвездиям или любому другому небесному объекту, этот эффект увеличения размера называют «иллюзией Луны». Возможно, потому, что это именно тот объект, на который люди обращают внимание, когда он низко. В конце концов, когда объект высоко над головой, как зимняя полная Луна в полночь, нужно запрокидывать голову, чтобы увидеть его — а много ли людей ходят ночью с сильно задранной головой? Но низкая Луна висит прямо перед нами, где ее легче заметить.

Помимо повышенной заметности, иллюзия Луны делает любую Луну у горизонта визуально гигантской. Наблюдали ли вы «Урожайную Луну» в сентябре, когда она иногда оказывается чуть ближе к Земле?

Поскольку в это же время происходит эффект покраснения, часто можно наблюдать сочетание этих явлений — низкую, огромную оранжевую Луну, одно из самых впечатляющих зрелищ неба.

Зеленый луч

Многие слышали о «зеленом луче», но слишком мало людей целенаправленно пытаются его увидеть. Это случается прямо на горизонте, когда Солнце почти завершило заход и оранжевый диск практически полностью скрылся.

Крошечный оставшийся кусочек красного Солнца, похожий на точку, иногда на 1–5 секунд окрашивается в интенсивный изумрудный цвет, прежде чем полностью исчезнуть. Обычно это не «вспышка» в привычном понимании, как будто он становится ярче. Это тихое явление: оранжевая точка просто превращается в зеленую без всякой помпы.

Ключ к успеху — по-настоящему чистый морской горизонт. При наблюдении за 250 закатами явление удавалось четко увидеть около 25 раз. Если этот опыт типичен, можно ожидать увидеть зеленый луч примерно в 1 из 10 случаев.

Что вызывает этот странный эффект? Преломление света заставляет различные цвета Солнца изгибаться под немного разными углами. На горизонте эффект преломления максимален: красное изображение Солнца находится ниже всех, перекрывающее его оранжевое — чуть выше, желтое — еще выше, и так далее. Самое верхнее изображение Солнца — синее, но длинный путь через воздух на закате полностью рассеивает синий свет, поэтому реальным «верхним» изображением Солнца становится зеленое.

Следовательно, если условия идеальны — воздух однороден и имеет одинаковую температуру между вами и заходящим Солнцем — все остальные цветные версии Солнца заходят раньше последнего зеленого фрагмента, который и создает зеленый луч.

Погоня за нашей тенью

Любимое многими явление на горизонте происходит каждый ясный вечер. Солнце заставляет нас отбрасывать тени, и планета Земля тоже отбрасывает тень. Это происходит с противоположной стороны от положения Солнца.

Каждый день на закате, если вы встанете спиной к заходящему Солнцу лицом на восток, вы увидите темно-сине-серую полосу, охватывающую горизонт. Это тень Земли, уходящая в космос! Иногда ее называют «сумеречным клином», а розовое небо над ней, где Солнце еще светит, — «поясом Венеры».

Но не будем зацикливаться на терминах. Просто обязательно посмотрите на восток в любой ясный вечер на закате и оцените поистине грандиозный характер этой горизонтальной темной полосы над восточным горизонтом. Она никогда не исчезает!

Когда мы смотрим на горизонт на пляже или с горы, мы расширяем периферийное зрение, как это делали наши предки, сканируя море или сушу в поисках угроз. Знание того, что впереди все спокойно, успокаивает нас самих.

Часто задаваемые вопросы

Как далеко может видеть человек до горизонта?

Расстояние до горизонта зависит от вашего роста и рельефа местности. Для человека ростом 1,8 метра на уровне моря горизонт находится примерно в 4,8 километра. С горы высотой 400 метров он может отодвинуться более чем на 70 километров.

Почему Солнце выглядит красным у горизонта?

Когда Солнце находится близко к горизонту, его свет проходит через более плотный слой атмосферы, рассеивая короткие синие и зеленые волны. Это оставляет теплые красные и оранжевые цвета, которые мы видим на рассвете и закате.

Можно ли действительно увидеть зеленый луч?

Да! Зеленый луч — это редкое оптическое явление, которое происходит непосредственно перед заходом или после захода Солнца. Свет Солнца преломляется в атмосфере, на короткое время создавая крошечное зеленое пятно на самом краю солнечного диска.

Что такое тень Земли на закате?

Тень Земли — это темно-сине-серая полоса, простирающаяся вдоль противоположного горизонта на закате. Ее также называют сумеречным клином, и она появляется вместе с розовым «поясом Венеры» над ней.

Почему горизонт важен для наблюдения за небом?

Чистый горизонт дает полный обзор небесных объектов, таких как Луна, планеты и звезды. Наблюдение за низко расположенными объектами открывает уникальные эффекты, такие как экстинкция, изменение цвета и атмосферные иллюзии.

Смотрите на наш горизонт и наслаждайтесь его природными чудесами, которые удобно расположились прямо перед нами.