Небо Земли

Введение

Небо Земли

Небо — это беспрепятственный вид вверх с поверхности Земли. Оно включает в себя атмосферу и космическое пространство. Его также можно рассматривать как пространство между землей и космическим пространством, тем самым отличающееся от космоса. В астрономии небо также называют небесной сферой. Это абстрактная сфера, концентрическая Земле, на которой Солнце, Луна, планеты и звезды кажутся дрейфующими. Небесная сфера условно разделена на определенные области, называемые созвездиями. Как правило, термин «небо» в неформальном контексте относится к виду с поверхности Земли, однако его значение и употребление могут различаться. Наблюдатель на поверхности Земли видит лишь небольшую часть неба, которая напоминает купол (иногда называемый небесным сводом), кажущийся более плоским днем, чем ночью. В некоторых случаях, например, при обсуждении погоды, под «небом» подразумеваются только нижние, более плотные слои атмосферы. Днем небо кажется голубым, потому что молекулы воздуха рассеивают короткие волны солнечного света сильнее, чем длинные (красные). Ночное небо представляется темной поверхностью или областью, усыпанной звездами. Солнце и иногда Луна видны в дневном небе, если их не скрывают облака. Ночью в небе также видны Луна, планеты и звезды. К природным явлениям, наблюдаемым в небе, относятся облака, радуги и полярные сияния. Молнии и осадки также видны в небе. Некоторые птицы и насекомые, а также изобретения человека, такие как самолеты и воздушные змеи, могут летать в небе. В результате человеческой деятельности над крупными городами часто можно увидеть смог днем и световое загрязнение ночью.

Этимология

Слово "небо" происходит от старонорвежского слова "sky", означающего "облако, обитель богов". Этот норвежский термин также является источником староанглийского "scēo", которое имеет ту же индоевропейскую основу, что и классический латинский "obscūrus", означающий "темный, неясный". В древнеанглийском языке для описания видимого пространства над землей использовалось слово "heaven" (небеса). В период среднеанглийского языка "heaven" начало смещаться к своему современному, религиозному значению.

Днем

За исключением прямого солнечного света, большая часть света в дневном небе обусловлена рассеянием, которым доминирует предел малых частиц, называемый рассеянием Рэлея. Рассеяние, вызванное частицами размером с молекулы (как в воздухе), сильнее в направлениях как к источнику света, так и от него, чем в направлениях, перпендикулярных направлению распространения света. Рассеяние существенно для света на всех видимых длинах волн, но более выражено на коротковолновом (синем) конце видимого спектра, что означает, что рассеянный свет синее, чем его источник – Солнце. Оставшийся прямой солнечный свет, потеряв часть коротковолновых компонентов, кажется немного менее синим. Небо может приобретать множество цветов, таких как красный, оранжевый, фиолетовый и жёлтый (особенно около восхода или заката), когда свету приходится проходить гораздо больший путь (или оптическую плотность) через атмосферу. Эффекты рассеяния также частично поляризуют свет от неба и наиболее заметны под углом 90° к Солнцу. Рассеянный свет от горизонта проходит через воздух в 38 раз больше, чем свет от зенита, создавая синий градиент, яркий в зените и бледный у горизонта. Красный свет также рассеивается, если между источником и наблюдателем достаточно воздуха, что приводит к изменению цвета отдельных участков неба при восходе или заходе Солнца. По мере увеличения воздушной массы до бесконечности рассеянный дневной свет становится всё белее. На больших высотах небо обычно имеет более тёмные оттенки, поскольку рассеяние уменьшается из-за более низкой плотности воздуха. Ярким примером является Луна, где атмосферное рассеяние отсутствует, поэтому лунное небо остаётся чёрным даже при видимом Солнце. Международная комиссия по освещению (CIE) рекомендовала модели распределения яркости неба для проектирования систем естественного освещения. Недавние разработки связаны с «моделями всего неба» для моделирования яркости неба в различных погодных условиях – от ясной до облачной.

В сумерках

Яркость и цвет неба сильно меняются в течение дня, и основная причина этих свойств также различна. Когда Солнце находится высоко над горизонтом, преобладающим источником света является прямое рассеяние солнечного света (рассеяние Рэлея). Однако во время сумерек – периода между закатом и ночью или между ночью и восходом солнца – ситуация более сложная. Зеленые вспышки и зеленые лучи – это оптические явления, которые наблюдаются вскоре после захода или перед восходом солнца, когда над Солнцем на короткое время, обычно не более одной-двух секунд, становится видна зеленая точка, либо она может выглядеть как зеленый луч, поднимающийся из точки захода солнца. Зеленые вспышки – это группа явлений, возникающих по разным причинам, большинство из которых связаны с температурной инверсией (когда температура повышается с высотой, а не снижается, как обычно). Зеленые вспышки можно наблюдать с любой высоты (даже с самолета). Обычно их видно над открытым горизонтом, например, над океаном, но также и над облаками и горами. Зеленые вспышки также могут наблюдаться на горизонте в связи с Луной и яркими планетами, такими как Венера и Юпитер. Тень Земли – это тень, которую планета отбрасывает через свою атмосферу в космическое пространство. Это атмосферное явление видно во время гражданских сумерек (после захода и перед восходом солнца). При благоприятных погодных условиях и хорошей видимости горизонта край тени проявляется как темная или приглушенная голубоватая полоса непосредственно над горизонтом, в нижней части неба, противоположной направлению (заходящего или восходящего) Солнца. Связанным явлением является пояс Венеры (или антисумеречная дуга) – розовая полоса, видимая над голубоватой полосой тени Земли в той же части неба. Четкой границы между тенью Земли и поясом Венеры нет: одна цветная полоса плавно переходит в другую. Сумерки подразделяются на три стадии в зависимости от глубины залегания Солнца за горизонт, измеряемой в сегментах по 6°. После захода солнца наступает гражданский период сумерек, который заканчивается, когда Солнце опускается более чем на 6° ниже горизонта. Затем следует навигационный период сумерек, когда Солнце находится между 6° и 12° ниже горизонта (глубина между −6° и −12°), а после него – астрономический период сумерек, определяемый как период между −12° и −18°. Когда Солнце опускается ниже горизонта более чем на 18°, небо обычно достигает минимальной яркости. Существует несколько источников внутренней яркости неба, в том числе воздушное свечение, косвенное рассеяние солнечного света, рассеяние звездного света и искусственное световое загрязнение.

The brightness and color of the sky vary greatly over the course of a day, and the primary cause of these properties differs as well. When the Sun is well above the horizon, direct scattering of sunlight (Rayleigh scattering) is the overwhelmingly dominant source of light. However, during twilight, the period between sunset and night or between night and sunrise, the situation is more complex. Green flashes and green rays are optical phenomena that occur shortly after sunset or before sunrise, when a green spot is visible above the Sun, usually for no more than a second or two, or it may resemble a green ray shooting up from the sunset point. Green flashes are a group of phenomena that stem from different causes, most of which occur when there is a temperature inversion (when the temperature increases with altitude rather than the normal decrease in temperature with altitude). Green flashes may be observed from any altitude (even from an aircraft). They are usually seen above an unobstructed horizon, such as over the ocean, but are also seen above clouds and mountains. Green flashes may also be observed at the horizon in association with the Moon and bright planets, including Venus and Jupiter. Earth's shadow is the shadow that the planet casts through its atmosphere and into outer space. This atmospheric phenomenon is visible during civil twilight (after sunset and before sunrise). When the weather conditions and the observing site permit a clear view of the horizon, the shadow's fringe appears as a dark or dull bluish band just above the horizon, in the low part of the sky opposite of the (setting or rising) Sun's direction. A related phenomenon is the Belt of Venus (or antitwilight arch), a pinkish band that is visible above the bluish band of Earth's shadow in the same part of the sky. No defined line divides Earth's shadow and the Belt of Venus; one colored band fades into the other in the sky. Twilight is divided into three stages according to the Sun's depth below the horizon, measured in segments of 6°. After sunset, the civil twilight sets in; it ends when the Sun drops more than 6° below the horizon. This is followed by the nautical twilight, when the Sun is between 6° and 12° below the horizon (depth between −6° and −12°), after which comes the astronomical twilight, defined as the period between −12° and −18°. When the Sun drops more than 18° below the horizon, the sky generally attains its minimum brightness. Several sources can be identified as the source of the intrinsic brightness of the sky, namely airglow, indirect scattering of sunlight, scattering of starlight, and artificial light pollution.

В течение ночи

Термин «ночное небо» относится к виду неба в ночное время. Этот термин обычно ассоциируется с наблюдением за звёздным небом и астрономией, и подразумевает виды небесных тел, таких как звёзды, Луна и планеты, которые становятся видимыми в ясную ночь после захода Солнца. Естественными источниками света в ночном небе являются лунный свет, звёздный свет и воздушное свечение, в зависимости от местоположения и времени. Тот факт, что небо ночью не полностью тёмное, легко заметить. Если бы небо (при отсутствии Луны и городских огней) было абсолютно тёмным, было бы невозможно увидеть силуэт объекта на его фоне. Ночное небо и его изучение занимают важное место в истории как древних, так и современных культур. В прошлом, например, фермеры использовали состояние ночного неба как календарь для определения сроков посева. Древняя вера в астрологию обычно основана на убеждении, что взаимосвязь между небесными телами влияет или передаёт информацию о событиях на Земле. Научное изучение ночного неба и наблюдаемых в нём тел осуществляется в рамках астрономии. В астрономии, основанной на видимом свете, видимость небесных объектов в ночном небе подвержена влиянию светового загрязнения. Присутствие Луны на ночном небе исторически затрудняло астрономические наблюдения, увеличивая количество рассеянного света. Однако с появлением искусственных источников света световое загрязнение стало растущей проблемой для наблюдения за ночным небом. Специальные фильтры и модификации осветительных приборов могут помочь смягчить эту проблему, но для наилучших наблюдений профессиональные и любительские астрономы-оптики ищут места наблюдений, расположенные вдали от крупных городов.

Использование в прогнозировании погоды

Наряду с тенденцией изменения давления, состояние неба – один из наиболее важных параметров, используемых для прогнозирования погоды в горных районах. Увеличение облачности или вторжение более высоких слоев облаков указывает на скорый дождь. Ночью высокие тонкие облака цирростратус могут вызывать гало вокруг Луны, что свидетельствует о приближении теплого фронта и связанных с ним осадков. Утренний туман предвещает хорошую погоду и может быть связан с приземным морским слоем, что указывает на стабильность атмосферы. Дождливой погоде предшествуют ветер или облака, препятствующие образованию тумана. Приближение линии гроз может сигнализировать о приближении холодного фронта. Ясное небо указывает на благоприятную погоду в ближайшем будущем. Использование наблюдения за облачным покровом в прогнозировании погоды на протяжении веков привело к возникновению различных народных примет.

Тропические циклоны

Через 36 часов после прохождения центра тропического циклона давление начинает падать, и из направления циклона приближается пелена белых перистых облаков. В течение 24 часов после ближайшего прохождения к центру начинают надвигаться низкие облака, также известные как полоса тропического циклона, поскольку барометрическое давление начинает падать более стремительно, а ветер начинает усиливаться. В течение 18 часов до подхода центра часто наблюдается штормовая погода с внезапными усилениями ветра, сопровождающимися ливнями или грозами. Через шесть часов после прибытия центра дождь становится непрерывным. В течение часа до прибытия центра дождь становится очень сильным, и ощущается максимальная сила ветра в тропическом циклоне. Когда центр сильного тропического циклона проходит, погодные условия улучшаются, и солнце становится видимым, когда над головой проходит глаз циклона. После того, как система удаляется, ветер меняет направление и вместе с дождем внезапно усиливается. Через сутки после прохождения центра низкая облачность сменяется более высокой, а дождь становится переменным. Через 36 часов после прохождения центра верхняя облачность рассеивается, и давление начинает стабилизироваться.

Использование в транспорте

Полет – это процесс перемещения объекта в атмосфере или за ее пределами (как в случае космического полета), осуществляемый за счет создания аэродинамической подъемной силы, реактивной тяги, аэростатической подъемной силы или баллистического движения, без какой-либо непосредственной механической поддержки с земли. Инженерные аспекты полета изучаются в аэрокосмической инженерии, которая подразделяется на аэронавтику – науку о летательных аппаратах, движущихся в атмосфере, и космонавтику – науку о летательных аппаратах, движущихся в космосе, а также в баллистике – науку о движении снарядов. Хотя люди научились летать на воздушных шарах с 1783 года, другие виды используют полет на протяжении значительно более длительного времени. Способность к полету присуща животным, таким как птицы, летучие мыши и насекомые. Споры и семена растений используют ветер для распространения, как способ размножения.

Значение в мифологии

Во многих мифологиях существуют божества, особенно связанные с небом. В египетской религии небо обожествлялось как богиня Нут и как бог Гор. Дьеус реконструируется как бог неба или олицетворение неба в протоиндоевропейской религии, от которого произошли Зевс, бог неба и грома в греческой мифологии, и римский бог неба и грома Юпитер. В мифологии австралийских аборигенов Альтжира (или Арренте) является главным богом неба и одновременно богом-творцом. В мифологии ирокезов Атаенсик была богиней неба, которая упала на землю во время сотворения Земли. Многие культуры соединяли звезды в созвездия, используя их в связи с легендами и мифологией о своих божествах.