Большинство из нас воспринимает голубое небо как должное. Но его цвет, возможно, значительно изменился в ходе эволюции нашей планеты, и, по мнению ученых, он может измениться снова.
По словам Финна Берриджа, научного сотрудника Гринвичской королевской обсерватории в Великобритании, за голубой цвет дневного неба в основном отвечают два фактора.
«Первый — это Солнце, — объясняет он. — Обычный солнечный свет — белый, а это значит, что он содержит все цвета радуги — красный, желтый, зеленый и синий».
Второй фактор — состав атмосферы. По словам Берриджа, в небе содержится огромное количество мелких частиц — например, молекулы азота, кислорода и водяного пара, — которые рассеивают свет во всех направлениях.
У синего света более короткая длина волны по сравнению с другими цветами, и он рассеивается сильнее, наполняя небо синим цветом.
Этот процесс известен как рэлеевское рассеяние, по имени лорда Рэлея, британского физика, разработавшего эту теорию в 1870-х годах.
На восходе и закате солнечному свету приходится преодолевать гораздо больший слой атмосферы, потому что Солнце находится ниже над горизонтом.
В это время синий свет рассеивается настолько сильно, что отклоняется от наблюдателей на поверхности. А красные и оранжевые цвета, которые не рассеиваются так сильно, наоборот, хорошо видны, что и создает прекрасные виды заката и рассвета, которые мы наблюдаем.
Другие планеты
Ярко-голубое небо Земли уникально в Солнечной системе, говорит Берридж.
Хотя считается, что некоторые планеты, например Юпитер, имеют тускло-голубую верхнюю атмосферу, похожую на земную, она гораздо менее яркая.
Находясь дальше от Солнца, Юпитер получает лишь около 4% солнечного света по сравнению с Землей, «поэтому там нет такого яркого, прекрасного голубого неба, как здесь, на Земле», — объясняет Берридж.
На других планетах все совсем по-другому.
Марс покрывает только тонкий слой атмосферы, поэтому рэлеевское рассеяние происходит не так часто. Многочисленные пылевые частицы, которые больше по размеру, чем азот и кислород в нашей атмосфере, рассеивают свет по-другому.
Это называется рассеянием Ми и выглядит как красное или желтоватое небо, а закаты — голубые.
Всегда ли небо на Земле было голубым?
Голубое небо на Земле — относительно недавнее явление в долгой истории планеты.
Хотя с уверенностью сказать, как выглядело небо в прошлом, мы не можем, ученые предполагают, что его цвет мог меняться в зависимости от того, какие газы присутствовали в атмосфере в то время.
Когда Земля образовалась около 4,5 миллиарда лет назад, ее поверхность была в основном расплавленной. По мере охлаждения планеты, согласно одной из теорий, ранняя атмосфера в основном состояла из газов, образовавшихся в результате извержений вулканов и другой геологической активности, таких как углекислый газ, азот и небольшие количества метана, с очень небольшим содержанием кислорода.
Со временем на Земле появилась жизнь в виде бактерий, добавивших в атмосферу большое количество метана. Под воздействием солнечного света он превращался в более сложные органические соединения, которые образовывали оранжевую дымку в небе, немного похожую на смог.
Крупное изменение произошло около 2,4 миллиарда лет назад в результате так называемой Кислородной катастрофы, когда ранние организмы, называемые цианобактериями, начали использовать фотосинтез для преобразования солнечного света в энергию, выделяя при этом большое количество кислорода.
Кислород начал накапливаться в атмосфере до значительных уровней, в итоге очистив ее от метановой дымки. По мере формирования нашей современной атмосферы небо приобрело синий цвет, который мы видим сегодня.
Будет ли небо синим всегда?
В краткосрочной перспективе синее небо Земли никуда не денется. Хотя загрязнение, лесные пожары, извержения вулканов и пыльные бури могут временно изменить цвет неба, эти эффекты носят кратковременный характер.
После огромного извержения индонезийского вулкана Кракатау в 1883 году наблюдались впечатляющие красные и даже зеленые закаты и голубые луны, что, как полагают, было связано с частицами сульфатов и пеплом в атмосфере, которые рассеивают свет иначе, чем мы привыкли.
Доктор Клэр Райдер, доцент кафедры метеорологии британского университета Рединга, говорит, что общий цветовой эффект аэрозолей — твердых или полутвердых частиц в атмосфере — может зависеть от их относительных размеров.
«Более густые цвета, особенно на закате, обычно получаются, если частицы аэрозоля одинакового размера», — говорит она, потому что они усиливают рассеяние одинаковым образом.
«Когда размер частиц варьируется, то частицы разного размера по-разному взаимодействуют с разными длинами волн, создавая смесь цветов», — объясняет она. Если это происходит в один момент времени, то эти эффекты могут складываться, создавая «беловатый или коричневатый туман». Иногда это может происходить при извержениях вулканов или пыльных бурях, а также при загрязнении воздуха.
По ее словам, стоит подумать о том, как изменение климата может повлиять на цвет нашего неба в будущем.
«С повышением температуры в атмосферу будет попадать больше водяного пара, — предполагает она, — что может привести к увеличению аэрозольных частиц под воздействием влажности, а это увеличит их способность к рассеиванию и усилит эффект побеления неба».
«И наоборот, если в будущем выбросы загрязняющих веществ уменьшатся, то небо может стать более голубым», — отмечает она.
Но в астрономических временных масштабах все эти изменения могут не иметь большого значения.
Миллиарды лет
Для того, чтобы цвет нашего неба изменился навсегда, необходимо радикальное изменение состава нашей атмосферы, говорит Берридж.
«Ничего подобного в краткосрочной перспективе не произойдет, если только нас не ударит огромный метеорит», — предполагает он, «но это вряд ли произойдет».
По его оценкам, у нас есть как минимум миллиард лет, прежде чем небо перестанет быть голубым.
По мере своего старения Солнце будет постепенно становиться ярче. Примерно через миллиард лет оно будет излучать почти на 10% больше света, чем сегодня, напоминает Берридж.
«Оно нагреет Землю, удалит углекислый газ из атмосферы и в итоге начнет выпаривать наши океаны», — говорит он.
По его мнению, это может привести к выбросу большого количества кислорода в атмосферу, что на короткое время сделает небо более насыщенно-голубым.
Но как только этот кислород исчезнет, небо, по словам Берриджа, станет «белым, желтоватым, очень горячим, более похожим на атмосферу Венеры».
Еще дальше в будущем — примерно через пять миллиардов лет — Солнце исчерпает свое топливо и превратится в красного гиганта.
«Когда Солнце начнет умирать и разрастаться в размерах, превращаясь в очень, очень красную, большую звезду, любая оставшаяся на Земле атмосфера будет иметь багровый оттенок, — говорит Берридж. — Но жизни, которая могла бы это увидеть, не останется».
«Надеюсь, люди улетят к звездам, чтобы найти где-нибудь другое голубое небо».
- Могут ли во Вселенной закончиться звезды? Старых хватит надолго, но новые рождаются все реже, говорят ученые
- «Необычное и потенциально историческое» событие на Солнце вызвало бурю и сияние на Земле
- Жители Земли наблюдают «кровавую Луну»
- Отчего позеленела Красная планета и почему ученые в восторге
- Солнце: как живет и как умрет наша главная звезда
- Уникальный наземный телескоп может изменить наше представление о Вселенной: опубликованы его первые снимки
