Введение

Визуальное восприятие неба и его рассеивания и рассеивания света. Яркость неба относится к визуальному восприятию неба и тому, как оно рассеивает и рассеивает свет. Тот факт, что небо ночью не совсем темно, легко заметить. Если источники света (например, Луна и световое загрязнение) были бы удалены из ночного неба, то был бы видим только прямой звездный свет. Яркость неба сильно меняется в течение дня, и основная причина тоже. В течение дня, когда Солнце находится над горизонтом, прямые рассеивания солнечного света являются подавляющим доминирующим источником света. Во время сумерек (продолжительность после захода солнца или до восхода солнца до или после полной темноты ночи), ситуация более сложная, и требуется дальнейшее дифференцирование. Сумерки (как сумерки, так и рассвета) разделены на три 6° сегмента, которые отмечают положение Солнца ниже горизонта. В гражданском сумерке центр диска Солнца находится на отметке от 1/4° до 6° ниже горизонта. В морской сумерки высота Солнца составляет от 6° до 12°. В астрономическом сумерке Солнце находится между 12° и 18°. Когда глубина Солнца больше 18°, небо обычно достигает максимальной темноты. Источники внутренней яркости ночного неба включают в себя свечение воздуха, косвенное рассеивание солнечного света, рассеивание звездного света и световое загрязнение.

Свечение воздуха

Когда физик Андерс Ангстрем исследовал спектр северного сияния, он обнаружил, что даже в ночи, когда северного сияния не было, его характерная зеленая линия все еще присутствовала. Только в 1920-х годах ученые начали выявлять и понимать линии излучения в северных сияниях и на самом небе, и что их вызывало. Зеленая линия, наблюдаемая Ангстромом, на самом деле является линией излучения с длиной волны 557,7 нм, вызванной рекомбинацией кислорода в верхних слоях атмосферы. Аэросветка - это общее название различных процессов в верхних слоях атмосферы, которые приводят к излучению фотонов, движущей силой которых является в первую очередь ультрафиолетовое излучение от Солнца. Доминируют несколько линий эмиссии: зеленая линия от кислорода на 557,7 нм, желтая дублет от натрия на 589,0 и 589,6 нм и красные линии от кислорода на 630,0 и 636,4 нм. Выбросы натрия происходят из тонкого слоя натрия толщиной около 10 км на высоте 90 100 км, над мезопаузой и в слое D ионосферы. Красные кислородные линии возникают на высоте около 300 км, в слое F. Зеленые выбросы кислорода распределены в большем пространстве. Как натрий достигает мезосферных высот, пока не ясно, но считается, что это сочетание транспортировки морской соли и метеоритной пыли. Днем выбросы натрия и красного кислорода доминируют и примерно в 1000 раз ярче, чем ночные выбросы, потому что в дневное время верхняя атмосфера полностью подвержена воздействию солнечного ультрафиолетового излучения. Однако человеческий глаз не замечает этого эффекта, поскольку яркий свет прямых солнечных лучей затмевает его.

Косвенное рассеивание солнечного света

Косвенно рассеянный солнечный свет исходит из двух направлений. Из самой атмосферы и из космоса. В первом случае Солнце только что зашло, но все еще освещает верхнюю атмосферу напрямую. Поскольку количество рассеянного солнечного света пропорционально количеству рассеивающих элементов (то есть молекул воздуха) в прямой видимости, интенсивность этого света быстро снижается, поскольку Солнце опускается ниже горизонта и освещает меньше атмосферы. Когда высота Солнца < 6° 99% атмосферы в зените находится в тени Земли и распространяется второй порядок. Однако на горизонте 35% атмосферы вдоль линии обзора все еще непосредственно освещается, и продолжает быть до тех пор, пока солнце не достигнет 12°. С 12° до 18° только самые верхние части атмосферы вдоль горизонта, непосредственно над местом, где находится Солнце, все еще освещены. После этого все прямое освещение прекращается и наступает астрономическая тьма. Второй источник солнечного света - зодиакальный свет, который возникает в результате отражения и рассеивания солнечного света на межпланетную пыль. Интенсивность зодиакального света сильно варьируется в зависимости от положения Земли, местоположения наблюдателя, времени года, а также состава и распределения отражающей пыли.

Рассеянный свет от внеземных источников

Не только солнечный свет рассеивается молекулами в воздухе. Звездный свет и рассеянный свет Млечного Пути также рассеиваются воздухом, и обнаружено, что звезды до V величины 16 способствуют рассеянному рассеянному звездному свету. Другие источники, такие как галактики и туманности, не вносят значительного вклада. Общая яркость всех звезд была впервые измерена Бернсом в 1899 году, и в результате вычислений было установлено, что общая яркость, достигающая Земли, эквивалентна яркости 2000 звезд первой величины с последующими измерениями других.

Световое загрязнение

Световое загрязнение является источником все большей яркости неба в урбанизированных районах. В густонаселенных районах, где нет строгого контроля за световым загрязнением, все ночное небо регулярно в 5 - 50 раз ярче, чем было бы, если бы все огни были выключены, и очень часто влияние светового загрязнения намного больше, чем естественные источники (включая лунный свет). Из-за урбанизации и светового загрязнения треть человечества и большинство жителей развитых стран не могут видеть Млечный Путь.

Сумерки

Когда Солнце только что зашло, яркость неба быстро уменьшается, что позволяет наблюдать за светом, вызванным воздухом с такой высоты, что они все еще полностью освещены солнцем, пока Солнце не опустится более чем на 12 ° ниже горизонта. В течение этого времени желтые выбросы из натриевого слоя и красные выбросы из 630 нм кислородных линий доминируют и способствуют пурпурному цвету, иногда наблюдаемому во время гражданского и морского сумерек. После того, как Солнце также заходит на эти высоты в конце морского сумерек, интенсивность света, исходящего от ранее упомянутых линий, уменьшается, пока кислородный зеленый не останется доминирующим источником. Когда наступает астрономическая тьма, доминирует зеленая кислородная линия 557,7 нм, и происходит атмосферное рассеивание звездного света. Дифференциальное преломление приводит к доминированию различных частей спектра, создавая золотой час и синий час.