Подписаться«Макс»

Солнце принято рисовать желтым, оранжевым или красным, а на снимках NASA оно бывает даже зеленым или синим. Но все эти варианты не показывают настоящий цвет звезды. Рассказываем, каким Солнце было бы без земной атмосферы и почему с Земли мы видим его по-разному.

Какого цвета Солнце на самом деле

Солнце — это ближайшая к Земле звезда, вокруг которой движутся планеты Солнечной системы. Оно представляет собой огромный раскаленный шар плазмы: в его центре идут термоядерные реакции, а видимая поверхность, фотосфера, излучает свет и тепло. Именно свет фотосферы мы воспринимаем как солнечный [1].

На цвет Солнца влияют три характеристики:

• температура фотосферы: она составляет около 5800 К, и при такой температуре звезда излучает много света во всем видимом диапазоне;
• состав солнечного излучения: в нем есть волны разной длины, от фиолетовой до красной части спектра, вместе они дают белый свет;
• среда между Солнцем и наблюдателем, то есть атмосфера Земли, которая рассеивает часть лучей и делает солнечный диск желтоватым, оранжевым или красным в зависимости от высоты над горизонтом и состояния воздуха [2], [3], [4].

На самом деле Солнце излучает свет во всех видимых цветах, и их сумма дает белый цвет. Днем, когда мы видим его высоко над горизонтом, лучи проходят через сравнительно короткий слой атмосферы. Часть синего и фиолетового света рассеивается в стороны, поэтому небо выглядит голубым [5]. Но прямой солнечный диск остается очень ярким и может казаться беловатым или желтоватым. Смотреть на него без защиты нельзя, это опасно для глаз.

Цвет закатного Солнца

На закате Солнце может казаться медным, оранжевым, алым или темно-красным. Сама звезда в этот момент не меняется: меняется только то, как ее свет проходит через земной воздух.

Днем Солнце стоит выше, и лучам нужно пройти до нас сравнительно короткий путь через атмосферу. У горизонта путь становится намного длиннее. Свет как будто идет через более плотный «фильтр» из воздуха, водяного пара, пыли и других мельчайших частиц.

Солнечный свет состоит из волн разной длины. Короткие волны, которые мы воспринимаем как синие и фиолетовые оттенки, рассеиваются в атмосфере сильнее других и частично уходят из прямого луча в стороны. До наблюдателя лучше доходят более длинные волны — желтые, оранжевые и красные. Так солнечный диск у линии горизонта приобретает теплый цвет.

В чистом воздухе после дождя Солнце может выглядеть мягко-золотистым или бледно-оранжевым. Если в атмосфере много пыли, дыма, аэрозолей или влажной дымки, оттенки становятся гуще: появляются красные, багровые, розовые и пурпурные тона. Облака тоже меняют картину: они могут подсвечиваться снизу и окрашивать не только солнце, но и большой участок неба.

Так, цвет заката зависит сразу от трех факторов: высоты Солнца над горизонтом, длины пути света через атмосферу и состояния воздуха в конкретный день. Чем больше частиц и чем длиннее путь лучей, тем сильнее меняется привычный белый солнечный свет и тем насыщеннее может быть закат [6].

Цвет восходящего Солнца

На восходе мы видим свет, который уже прошел через нижние, самые плотные слои атмосферы. Утром солнечный диск находится почти у линии горизонта, поэтому лучи идут к наблюдателю не сверху вниз, а по длинной наклонной траектории. Чем длиннее этот путь, тем сильнее атмосфера меняет состав света.

Главную роль в этом явлении играет рэлеевское рассеяние. Так называют рассеяние света на молекулах воздуха, причем коротковолновая часть спектра рассеивается заметно эффективнее длинноволновой. Синие и фиолетовые компоненты солнечного света частично уходят из прямого луча и рассеиваются по небу. До глаз наблюдателя в большей степени доходит свет с более длинными волнами — желтый, оранжевый и красный. Из-за этого утреннее солнце может казаться теплым по цвету, хотя сама звезда продолжает излучать белый свет.

Оттенок восхода зависит не только от высоты Солнца. Важны влажность, дымка, пыль, капли тумана, аэрозоли и облака. Если воздух чистый, утренний диск часто выглядит бледно-желтым или светло-оранжевым. При тумане, задымлении или большом количестве мелких частиц цвет может стать более густым — от розового до красноватого. Два восхода в одном и том же месте могут сильно отличаться друг от друга.

Вечером в воздухе нередко больше пыли, аэрозолей и частиц, поднятых за день ветром, транспортом и нагревом поверхности. Утром атмосфера часто бывает спокойнее и чище, поэтому рассветные цвета могут выглядеть мягче. Но если над местностью есть туман, дым или высокая влажность, цвет восхода тоже становится ярким и насыщенным [6].

Почему Солнце желтое

Солнце кажется желтым из-за того, что мы смотрим на него через атмосферу Земли. До входа в атмосферу солнечный свет не имеет выраженного желтого оттенка: в нем смешано излучение разных длин волн, и для человеческого глаза такой свет выглядит белым. Но воздух работает как естественный фильтр и немного меняет тот свет, который доходит до поверхности планеты [1], [2], [3], [4].

Когда солнечные лучи проходят через атмосферу, часть света рассеивается на молекулах газов и мельчайших частицах. Сильнее всего рассеиваются короткие волны — те, которые соответствуют синей и фиолетовой области спектра. Именно рассеянный синий свет мы видим как голубое небо [7].

После этого в прямом луче, который идет от солнечного диска к глазам, синей составляющей становится чуть меньше. На этом фоне сильнее воспринимаются более «теплые» оттенки — желтоватые и золотистые. Поэтому с Земли Солнце часто кажется желтым, хотя сама звезда не превращается в желтую.

Чем ниже Солнце стоит над горизонтом, тем заметнее этот эффект. Утром и вечером лучам приходится проходить через более длинный слой воздуха. За это время рассеивается еще больше коротковолнового света, и солнечный диск может выглядеть уже не желтым, а оранжевым или красным.

Кстати, в астрономии Солнце называют желтым карликом, но никакого отношения к цвету это не имеет. Дело в том, что оно относится к определенному классу звезд — G2V. Этот термин описывает тип звезды, ее температуру и свойства, а не то, что из космоса она выглядит как желтый круг [4].

Какого цвета Солнце в космосе на самом деле

В космосе без плотной земной атмосферы Солнце выглядит белым. Звезда испускает излучение во всех цветах видимого спектра, именно поэтому дневной солнечный свет освещает предметы на Земле нейтрально, а не окрашивает все вокруг в желтый. При этом на фотографиях из космоса Солнце часто показывают желтым, оранжевым, красным, синим или зеленым. Причина кроется в том, что многие научные изображения делают в отдельных диапазонах, например в ультрафиолете, рентгеновском излучении или в узких спектральных линиях. Такие снимки специально окрашивают в условные цвета, чтобы ученым было легче видеть пятна, вспышки, корону и другие детали [4].

Зеленый цвет Солнца

Если разложить солнечный свет по длинам волн, то максимум излучения у звезды находится в области сине-зеленого света. Из-за этого иногда говорят, что Солнце на самом деле зеленое, но это упрощение, которое легко понять неправильно. Солнце светит сразу во всем видимом диапазоне, поэтому отдельный «пик» спектра не превращает его в зеленый диск. С научной точки зрения корректнее сказать, что у солнечного спектра есть максимум в сине-зеленой области, но видимый цвет Солнца для человека — белый [1], [2], [3], [4].

Есть еще одно явление, из-за которого Солнце действительно может на мгновение показаться зеленым. Оно называется зеленым лучом или зеленой вспышкой. Это редкий оптический эффект, который иногда наблюдают у горизонта сразу после захода Солнца или перед его восходом. Атмосфера преломляет солнечный свет и немного разделяет его на цвета. В особых условиях верхний край солнечного диска на секунды может стать зеленоватым [8].

Но зеленая вспышка тоже не означает, что Солнце само по себе зеленое. Это атмосферный эффект, как красный закат или голубое небо. Он зависит от положения Солнца у горизонта, состояния воздуха, температуры слоев атмосферы. Чаще всего зеленый луч можно заметить над морем или другой ровной линией горизонта, где ничто не закрывает последний край солнечного диска [8].

Частые вопросы

Цвет Солнца нельзя объяснять одним словом: он зависит от того, говорим ли мы о самой звезде, о ее свете до входа в атмосферу или о том, что видит человек с поверхности Земли.

От чего зависит цвет заката?

Цвет заката зависит от того, какой путь проходит солнечный свет перед тем, как «попасть» к наблюдателю. Когда Солнце находится низко, мы видим его не через «тонкий» слой атмосферы, как днем, а почти через край воздушной оболочки Земли. Этот путь длиннее, поэтому свет сильнее меняется по дороге.

Атмосфера не одинаково пропускает все части солнечного света. Сине-фиолетовая часть легче рассеивается в стороны и уже не так активно участвует в прямом свете от солнечного диска. Зато красно-оранжевые оттенки лучше сохраняются на длинном пути. Вот почему у горизонта Солнце часто выглядит не светлым и беловатым, а теплым — от золотистого до красного.

Высота Солнца — не единственный фактор. Закат сильно зависит от того, что находится в воздухе в конкретный день. Пыль, дым, морская соль, вулканический пепел, городские аэрозоли, влажная дымка и облака могут усиливать или, наоборот, приглушать цвет. Один вечер дает бледный желтый закат, другой — ярко-оранжевый, а после сильной задымленности небо иногда становится темно-красным [6].

Какого цвета Солнце с точки зрения физики?

С точки зрения физики Солнце — источник излучения с широким спектром. Это значит, что оно светит не одним конкретным цветом, как монохромная лампа, а сразу во множестве длин волн видимого диапазона. Для глаза такая смесь воспринимается как белый свет.

На графике солнечного спектра максимум приходится примерно на область около 500 нм. Это участок между синим и зеленым. Но в солнечном свете есть и более короткие, и более длинные волны. Их много, и итоговое зрительное ощущение получается белым.

Желтый, оранжевый и красный оттенки появляются в основном тогда, когда солнечный свет проходит через земную атмосферу. Воздух частично «убирает» из прямого луча коротковолновую часть, поэтому для наблюдателя на Земле цвет смещается в более теплую сторону. В космосе, без такого атмосферного фильтра, Солнце воспринималось бы как белое [2], [3].

Главное о цвете Солнца

• Солнце излучает широкий поток видимого света, который человеческий глаз воспринимает как белый.
• Желтым Солнце кажется нам с Земли, потому что между наблюдателем и звездой находится атмосфера.
• Воздух меняет соотношение оттенков в прямом солнечном свете, поэтому диск часто выглядит теплее, чем был бы без этого слоя.
• Чем ниже Солнце над горизонтом, тем сильнее заметно влияние атмосферы. Утром и вечером свет проходит более длинный путь через воздух, поэтому солнечный диск может становиться золотистым, оранжевым или красным.
• Закаты каждый раз выглядят по-разному не только из-за положения Солнца. На цвет влияют пыль, дым, влажность, облака.
• В космосе Солнце выглядело бы белым: там нет плотной земной атмосферы, которая рассеивает часть света и меняет его видимый оттенок.