Ночные световые явления
Для изучения самых слабых форм сумеречных явлений мы должны начать ночью, когда глаза хорошо отдохнули, наблюдать ранние стадии рассвета. Выберем безлунную ночь с совершенно безоблачным небом в мае или августе — сентябре и место, как можно более далекое от жилья. Нелегко нарушить нашу обычную привычку и начать трудовой день в полночь несколькими часами наблюдений вне дома. Но если эта трудность преодолена, мы будем сторицей вознаграждены великолепным зрелищем, развертывающимся перед нами.
Городской житель не представляет себе, как выглядит сияние усыпанного звездами неба. Способность нашего глаза приспосабливаться к темноте совершенно удивительна: насколько больше звезд мы видим спустя час, чем сразу по выходе из дома! Можно подумать, что все небо светится. Это удобный момент для наблюдения очень слабых световых явлений, часть которых можно всегда видеть вполне отчетливо, другие же обычно не видны.
Прежде всего мы, вероятно, увидим в разных местах низко у горизонта слабое сияние. Это — отражение огней далеких городов и деревень. В некоторые ночи оно яснее, чем в другие, в соответствии с облачностью, дымкой и ясностью неба. Эти факторы легко учесть, если наблюдения всегда ведутся с одного и того же места.
Поперек неба подобно ленте проходит Млечный Путь, состоящий из больших и малых светящихся облаков, разделенных темными промежутками. Для того, кто никогда не наблюдал прежде настоящей звездной ночи, будет неожиданна яркость некоторых его частей.
Иногда видны широкие яркие полосы. Дважды в год — в августе и в декабре — они, по-видимому, появляются особенно часто. Их появление, возможно, соответствует большим метеорным потокам, которые (как мы знаем) состоят из пылевых частиц. Так, например, эти светящиеся полосы можно наблюдать 15—16 ноября, во время потока Леонид. Возможно, что в эти периоды облака тонкой пыли проникают из межпланетного пространства в нашу атмосферу. Светящиеся полосы парят на высоте 90—180 км и движутся очень медленно, со скоростью в зените, не превышающей 1 ° в минуту.
Несколько раз в году у нас видно северное сияние, по крайней мере в годы большей солнечной активности: в 1948—1949 и в 1957— 1958. Оно появляется на северной части неба в виде дуг, пучков лучей и т. д.; лучи часто быстро передвигаются, увеличиваясь и уменьшаясь в длине. Не спутайте их с лучами далеких прожекторов! Полярное сияние — электрическое явление и не описывается в этой книге, посвященной собственно оптическим явлениям.
Вдоль зодиакального круга яркость неба увеличена из-за Зодиакального света, особенно сильного вблизи Солнца и быстро ослабевающего с приближением к противосолнечной точке. Она напоминает косую световую пирамиду, поднимающуюся из-за горизонта и видимую особенно хорошо весной на западе после захода Солнца, осенью — на востоке перед его восходом.
Независимо от всех этих явлений фон неба светится. Очертания вашей руки, силуэты деревьев и построек кажутся на нем темными. Пятьдесят процентов этой яркости объясняются общим действием миллионов невидимых слабых звезд, пять процентов — рассеянием света звезд в атмосфере Земли, остающаяся часть свечением ночного неба — земным светом.
Фон неба становится светлее к горизонту, повсюду окаймленному «земным светом», достигающим наибольшей яркости на высоте около 15°. Это своеобразное непрекращающееся сияние в нашей атмосфере. Чем ближе к горизонтали наш взгляд, тем больше расстояние, которое проходит наш взгляд в светящемся слое и тем ярче земной свет. Тот факт, что его яркость убывает близ самого горизонта, следует приписать ослабляющему действию воздуха.
Яркость ночного неба, без сомнения, не остается постоянной. В некоторые ночи, даже в отсутствие Луны, она в четыре раза превышает обычную; можно даже посмотреть, который час и различить большие буквы. Эту изменчивость следует приписать изменениям интенсивности земного света; они в свою очередь объясняются переменной интенсивностью потоков электронов и ионов, которыми Солнце «обстреливает» нашу атмосферу.
Обратимся теперь к наблюдению ночных сумеречных явлений. Рассмотрим кайму земного света в северной части неба. Здесь она постепенно поднимается приблизительно на 10°, достигая максимальной ширины где-то над точкой, в которой находится невидимое под горизонтом Солнце. Это — ночное сияние зари. Его можно узнать по тому признаку, что в течение ночи оно неизменно передвигается к востоку. Его высота над Солнцем порядка 40°; в наиболее благоприятных условиях (в Гренландии) оно наблюдается до высоты 55°. Таким образом, в наших широтах ночи летом никогда не бывают совершенно темными; сумерки длятся в действительности в продолжение всей ночи. Темно наше небо лишь зимой. Очевидно, тропическое небо ночью так черно потому, что Солнце там круто и глубоко спускается под горизонт. В других местах, наоборот, ночные сумерки необычно сильны.
За два с половиной часа до восхода Солнца сияние становится асимметричным. Оно поднимается на востоке все круче, принимая через некоторое время форму наклоненного светового конуса — это Зодиакальный свет; его ось имеет практически тот же наклон, что и эклиптика.
Приблизительно за два часа до восхода, когда Солнце еще погружено под горизонт на 20°, у основания Зодиакального света, несколько правее Солнца, появляется очень слабый синеватый свет. Он наблюдается лишь с трудом и, медленно поднимаясь, постепенно перемещается влево, к Солнцу. Это — раннее сумеречное сияние, которое за полчаса достигает зенита. Заревые дуги обычно располагаются вертикально над Солнцем. Кажущееся смещение ранней зари вправо объясняется тем, что ее яркость складывается с яркостью расположенного правее Зодиакального света. Однако чем сильнее она становится, тем более преобладает, пока не займет свою нормальную позицию над Солнцем. Далее заря продолжает сопровождать Солнце в его дневном движении, медленно перемещаясь вместе с Солнцем все более и более вправо
Более слабые звезды (пятой величины) постепенно исчезают, более яркие еще заметны; можно различить главные детали в окрестностях. На западе сильно выделяется западная заря, появляется желтое сумеречнее сияние, принимающее у вершины сине-зеленый оттенок. Начинаются собственно сумерки: высота Солнца —17°, — 16°.
В другие времена года ход явлений остается таким же; изменяется лишь погружение Солнца. В середине июня, например, в наших широтах Солнце не спускается под горизонт ниже 10—15°, так, что явления, возникающие при большем погружении Солнца, не видны.