Введение
Слабое солнечное свечение, вызванное межпланетной пылью на закате и восходе.
Зодиакальный свет — это слабое свечение рассеянного света в небе, обусловленное межпланетной пылью, особенно зодиакальным облаком, вдоль эклиптики и, следовательно, зодиака. Он виден преимущественно в очень темных условиях на ночном небе вдоль всей эклиптики в виде зодиакальной полосы, слегка ярче рассеивается от овальной области полосы, расположенной прямо напротив источника света, в виде гегенсхайна (или противосвета), и наиболее ярко проявляется в виде треугольной области на горизонте вокруг источника света, как ложный рассвет, чаще всего непосредственно перед или после восхода или захода Солнца. Зодиакальный свет вносит вклад в естественное освещение неба, однако, из-за своей слабости, он часто оказывается невидимым на фоне лунного света или светового загрязнения. Межпланетная пыль в Солнечной системе формирует плотное, дискообразное облако, называемое зодиакальным облаком, охватывающее плоскость эклиптики. Размеры частиц варьируются от 10 до 300 микрометров, что соответствует массе от одного нанограмма до десятков микрограммов. Наблюдения, проведенные космическими аппаратами Pioneer 10 и Helios в 1970-х годах, показали, что зодиакальный свет рассеивается межпланетным облаком пыли в Солнечной системе. Анализ изображений обломков, полученных с космического аппарата "Юнона", указывает на то, что распределение пыли простирается от орбиты Земли до орбитального резонанса 4:1 с Юпитером на расстоянии 2,06 а.е. и позволяет предположить, что пыль происходит с Марса. Однако, другие специализированные приборы для измерения пыли на борту Pioneer 10, Pioneer 11, Galileo, Ulysses и Cassini не обнаружили признаков того, что Марс является значительным источником пыли, помимо комет и астероидов.
Просмотр
В средних широтах зодиакальный свет лучше всего наблюдать на западном небе весной после полного исчезновения вечерних сумерек, или на восточном небе осенью непосредственно перед появлением утренних сумерек. Зодиакальный свет выглядит как столб, более яркий у горизонта и наклоненный под углом эклиптики. Свет, рассеянный чрезвычайно мелкими частицами пыли, сильно рассеивается в направлении вперед, хотя зодиакальный свет фактически простирается по всему небу, поэтому он наиболее ярок при наблюдении под малым углом к Солнцу. Именно поэтому он наиболее отчетливо виден около восхода или заката Солнца, когда само Солнце скрыто, но частицы пыли, расположенные ближе всего к линии взгляда на Солнце, остаются не заслоненными. Полоса пыли, вызывающая зодиакальный свет, однородна по всей эклиптике. Пыль, находящаяся дальше от эклиптики, почти незаметна, за исключением случаев, когда на нее смотрят под малым углом к Солнцу. Таким образом, под малыми углами к Солнцу можно увидеть большую ширину зодиакального света, и он кажется шире у горизонта, ближе к положению Солнца под горизонтом.
Происхождение
Источник пыли долгое время был предметом дискуссий. До недавнего времени считалось, что пыль происходит из хвостов активных комет и от столкновений астероидов в поясе астероидов. Многие из наблюдаемых метеорных потоков не имеют известных активных родительских комет. Более 85 процентов пыли связывают с эпизодическими фрагментациями комет семейства Юпитера, находящихся в состоянии почти полного покоя. Кометы семейства Юпитера имеют орбитальные периоды менее 20 лет и считаются неактивными, когда не происходит активного выброса газа, но могут возобновить эту активность в будущем. Первая полностью динамическая модель зодиакального облака показала, что пыль должна выбрасываться на орбиты, близкие к Юпитеру, чтобы её достаточно рассеяло и объяснить толщину зодиакального облака пыли. Пыль в метеорных потоках значительно крупнее, её диаметр составляет от 300 до 10 000 микрометров, и со временем она распадается на более мелкие зодиакальные пылевые зерна. Эффект Пойнтинга-Робертсона заставляет пыль двигаться по более округлым (но всё ещё вытянутым) орбитам, постепенно спирально приближаясь к Солнцу. Следовательно, для поддержания зодиакального облака необходим непрерывный приток новых частиц. Считается, что кометарная пыль и пыль, образующаяся при столкновениях астероидов, в основном ответственны за поддержание пылевого облака, создающего зодиакальный свет и гегеншайн. Размер частиц может уменьшаться в результате столкновений или космического выветривания. Когда зерна измельчаются до размеров менее 10 микрометров, они удаляются из внутренней Солнечной системы давлением солнечного излучения. Затем пыль восполняется за счет притока вещества из комет. Зодиакальная пыль вокруг близлежащих звезд называется экзозодиакальной пылью; она является потенциально важным источником помех при попытках прямого наблюдения экзопланет. Было отмечено, что эта экзозодиакальная пыль, или горячие обломки, может служить индикатором наличия планет, поскольку планеты, как правило, рассеивают кометы во внутреннюю Солнечную систему. В 2015 году новые результаты, полученные с помощью вторичного ионно-пылевого спектрометра COSIMA на борту орбитального аппарата ESA/Rosetta, подтвердили, что родительские тела межпланетной пыли, вероятнее всего, являются кометами семейства Юпитера, такими как комета 67P/Чурюмова-Герасименко. Данные миссии "Юнона" указывают на то, что пыль вблизи Земли имеет локальное происхождение во внутренней Солнечной системе, и наиболее вероятно, что её источником является планета Марс.
Внешний вид
Зодиакальный свет возникает в результате отражения солнечного света от частиц пыли в Солнечной системе, известной как космическая пыль. Соответственно, его спектр идентичен солнечному спектру. Материал, порождающий зодиакальный свет, расположен в пространстве в форме линзовидного объема, центрированного на Солнце и простирающегося далеко за орбиту Земли. Этот материал известен как межпланетное пылевое облако. Поскольку большая часть материала сосредоточена вблизи плоскости Солнечной системы, зодиакальный свет наблюдается вдоль эклиптики. Количество материала, необходимое для создания наблюдаемого зодиакального света, весьма невелико. Если бы он состоял из частиц размером 1 мм, каждая с таким же альбедо (отражающей способностью), как у Луны, расстояние между частицами составляло бы 8 км. Гегеншайн может быть вызван частицами, находящимися непосредственно напротив Солнца, как видно с Земли, находящейся в полной фазе. Согласно Несворному и Дженнискенсу, когда размер пылевых зерен составляет около 150 микрометров, они достигают Земли со средней скоростью 14,5 км/с, многие – со скоростью всего 12 км/с. В этом случае, как они указали, эта кометная пыль может выжить при входе в атмосферу в частично расплавленном состоянии, что объясняет необычные характеристики микрометеоритов, собранных в Антарктиде, которые отличаются от более крупных метеоритов, происходящих из астероидов. В последние годы наблюдения с помощью различных космических аппаратов выявили значительную структуру зодиакального света, включая пылевые полосы, связанные с обломками из определенных семейств астероидов, и несколько кометных следов.
Культурное значение
Согласно книге Александра фон Гумбольдта «Космос», жители Мезоамерики знали о зодиакальном свете до 1500 года. Вероятно, впервые в печати о нём сообщил Джошуа Чайлдри в 1661 году. Это явление исследовал астроном Джованни Доменико Кассини в 1683 году. По некоторым сведениям, он объяснил его пылью вокруг Солнца. Другие источники утверждают, что впервые такое объяснение дал Николас Фацио де Дюилье в 1684 году, которому Кассини рекомендовал изучить зодиакальный свет.
Значение для ислама
Исламский пророк Мухаммед описал зодиакальный свет в связи с определением времени пяти ежедневных молитв, называя его "ложным рассветом" (الفجر الكاذب al fajr al kādhib). Мусульманская устная традиция сохранила многочисленные изречения, или хадисы, в которых Мухаммед описывает разницу между светом ложного рассвета, появляющимся в небе спустя долгое время после захода солнца, и светом первой полосы горизонтального света на восходе солнца, "истинным рассветом" (الفجر الصادق al fajr al sādiq). По мнению подавляющего большинства мусульманских ученых, астрономический рассвет считается истинным рассветом. Мусульмане используют описания зодиакального света, данные Мухаммедом, чтобы избежать ошибок при определении времени ежедневных молитв.
Брайан Мэй
В 2007 году Брайан Мэй, ведущий гитарист группы Queen, завершил свою диссертацию «Обзор радиальных скоростей в облаке зодиакальной пыли», спустя тридцать шесть лет после того, как прервал работу над ней ради музыкальной карьеры. Он смог представить ее к защите лишь благодаря незначительному объему исследований по этой теме, проведенных за прошедшие годы. Мэй отметил, что эта область знаний вновь приобрела актуальность в 2000-х годах.
Другие планеты
Другие планеты, такие как Венера или Меркурий, показали наличие колец межпланетной пыли в своих орбитальных пространствах.