Какого цвета небо на Марсе?
Как мы, физики, знаем, цвет и яркость неба определяются не цветом "небесной тверди", а светом Солнца, рассеянным в атмосфере (Г.С. Ландсберг, Элементарный учебник физики. Том 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. §171. Цвет неба и зорь. с.402.). Поскольку именно вещество атмосферы рассеивает и переизлучает свет Солнца, то яркость неба прямо пропорциональна количеству вещества в атмосфере, на котором рассеивается солнечный свет. Этот очевидный факт лежит в основе фотометрических методов исследования, например, концентрации веществ.
Общее количество вещества в атмосфере, определяющего цвет и яркость неба, легко вычисляется исходя из давления на поверхности. Рассмотрим участок поверхности, скажем, круг площадью 1м2, и представим себе цилиндр с вертикальными стенками, опирающийся на этот круг (на самом деле это будет усечённый конус, впрочем, несущественно). Вес газа, т.е. сила, с которой этот газ давит на опору, равна общей массе газа в этом конусе, умноженной на гравитацию. (Вообще-то, если строго, то надо учитывать изменение гравитации с высотой. Оценим, надо ли это учитывать или можно упростить вычисления. Радиус Марса возмём 3389,5 км - при подьёме на высоту 10 км гравитация упадёт всего на 0.6%, а при подъёме на высоту 100 км - на 5%, для Земли влияние ещё меньше в силу вдвое большего радиуса, а поскольку основная масса атмосферы как на Земле, так и на Марсе сосредоточена в первых 10 км, то изменением гравитации с высотой смело пренебрегаем и вместо интегрирования по высоте ограничимся банальным уможением.)
Однако эта же сила (давления конуса газа на опорную поверхность) равна давлению газа, умноженному на площадь. На поверхности Марса давление равно 6.1 мбар, в 162 раза меньше, чем на Земле. Гравитация (ускорение свободного падения) на поверхности Марса равна 3,711 м/с2, т.е. в 2,6 раза меньше, чем на Земле. Следовательно, газа в атмосфере Марса (по массе) в 62 раза меньше, чем на Земле.
Попробуем оценить количество молекул в атмосфере Марса. Основную часть атмосферы Марса составляет углекислый газ с молярной массой 44, а у воздуха (смесь азота и кислорода) - примерно 29. Следовательно, количество молекул, которые рассеивают свет, придавая цвет и яркость марсианскому небу, ещё в 1.5 раза меньше. Да, воздух и углекислый газ по-разному рассеивают и поглощают свет с разными длинами волн (особенно в ИК области; это свойство углекислого газа используется в оптических датчиках концентрации углекислого газа), но в видимом диапазоне принципиальной разницы нет, да и это уже неважно.
Кроме того, нужно учесть, что Марс находится от Солнца в полтора раза дальше, чем Земля, соответственно, освещённость Марса солнечным светом меньше земной в 2,32 раза. Если сравнивать яркость неба на Марсе с поверхностью Марса, то фактор удалённости от Солнца не надо учитывать, просто можно выдержку сделать в 2,32 раза больше, чем на Земле, чтобы получить нормальную экспозицию. А вот если сравнивать яркость неба на Марсе с яркостью звёзд, то тут уже придётся учесть и это. Итого яркость неба на Марсе относительно света звёзд, которые можно взять за эталон, будет в 140-215 раз меньше, чем на Земле (и это ещё без учёта ослабления света звёзд атмосферой - например, для Крымской обсерватории указывается средний коэффициент прозрачности атмосферы 0.73, а для Марса прозрачность атмосферы будет примерно 0.995).
Т.е. простые оценки показывают, что яркость неба на Марсе на 2 порядка меньше, чем на Земле, т.е. оно там практически чёрное. А вот какого цвета оно получится, если снять небо на Марсе, увеличив время экспозиции в 200 раз - не знаю, это уже совсем другой вопрос.
Собственно, эти оценки подтверждаются наблюдениями на Земле. Поскольку гравитация на Земле в 2,6455 раза больше, чем на Марсе, то аналогичное марсианскому количество атмосферного газа над головой, определяющее цвет неба, достигается при давлении 16 мбар на высоте 32 км. Вот слова Евгения Андреева, прыгавшего с высоты 25 км: "Перевернулся на спину, чтобы теплоотдача была меньше, и - вперед! Поразило небо густого чернильного цвета и звезды - близко-близко. Покосился через плечо вниз, а там голубизна, ярко-оранжевое солнце... Красотища!"
Вот фотография, сделанная на высоте 20 км:
(UPD: вот видеозапись прыжка Феликса Баумгартнера из стратосферы с высоты 39 км.)
Так что в атмосфере Марса слишком мало вещества, чтобы придать небу хоть какой-то отличный от чёрного цвет, поэтому небо на Марсе не голубое, не оранжевое, а практически чёрное с хорошо видимыми (человеческим глазом) даже днём звёздами. На фотографиях, на которых виден освещённый Солнцем грунт, звёзды не будут видны в силу малого динамического диапазона как фотоплёнки, так и полупроводниковых матриц, использующихся для фото- и видеосъёмки. (Когда NASA надо - будут видны.) Но на фотографиях, где грунт виден нормально, не переэкспонирован, небо должно быть практически чёрное, и лишь вдоль горизонта более-менее светлая полоса.
Не знаю, доставили ли США марсоход на Марс, или нет. Может и доставили, а настоящие снимки по каким-то причинам не хотят бесплатно предоставлять в общий доступ. Не могу знать. Но вот изображения, которые NASA выдаёт за снимки, сделанные на Марсе, и на которых небо не чёрного цвета - откровенная фальшивка.
Во-первых, невероятно светлое небо. Во-вторых, столь же невероятно затуманены горы. Для земной атмосферы картинка выглядит совершенно естественно, но не для разреженной в 60 раз марсианской атмосферы. Видеоролик Джерры Уайта
Мне очень стыдно за учёных, которым в нос суют откровенную лажу, а они никак на это не реагируют. Вдвойне стыдно за тех, кто покрывает ложь NASA, и тем более, пытается по этим фальшивкам чего-то там исследовать. Увы, Его Величество Доллар полностью вытеснил из науки понятия научной истины и достоверности.
Общее количество вещества в атмосфере, определяющего цвет и яркость неба, легко вычисляется исходя из давления на поверхности. Рассмотрим участок поверхности, скажем, круг площадью 1м2, и представим себе цилиндр с вертикальными стенками, опирающийся на этот круг (на самом деле это будет усечённый конус, впрочем, несущественно). Вес газа, т.е. сила, с которой этот газ давит на опору, равна общей массе газа в этом конусе, умноженной на гравитацию. (Вообще-то, если строго, то надо учитывать изменение гравитации с высотой. Оценим, надо ли это учитывать или можно упростить вычисления. Радиус Марса возмём 3389,5 км - при подьёме на высоту 10 км гравитация упадёт всего на 0.6%, а при подъёме на высоту 100 км - на 5%, для Земли влияние ещё меньше в силу вдвое большего радиуса, а поскольку основная масса атмосферы как на Земле, так и на Марсе сосредоточена в первых 10 км, то изменением гравитации с высотой смело пренебрегаем и вместо интегрирования по высоте ограничимся банальным уможением.)
Однако эта же сила (давления конуса газа на опорную поверхность) равна давлению газа, умноженному на площадь. На поверхности Марса давление равно 6.1 мбар, в 162 раза меньше, чем на Земле. Гравитация (ускорение свободного падения) на поверхности Марса равна 3,711 м/с2, т.е. в 2,6 раза меньше, чем на Земле. Следовательно, газа в атмосфере Марса (по массе) в 62 раза меньше, чем на Земле.
Попробуем оценить количество молекул в атмосфере Марса. Основную часть атмосферы Марса составляет углекислый газ с молярной массой 44, а у воздуха (смесь азота и кислорода) - примерно 29. Следовательно, количество молекул, которые рассеивают свет, придавая цвет и яркость марсианскому небу, ещё в 1.5 раза меньше. Да, воздух и углекислый газ по-разному рассеивают и поглощают свет с разными длинами волн (особенно в ИК области; это свойство углекислого газа используется в оптических датчиках концентрации углекислого газа), но в видимом диапазоне принципиальной разницы нет, да и это уже неважно.
Кроме того, нужно учесть, что Марс находится от Солнца в полтора раза дальше, чем Земля, соответственно, освещённость Марса солнечным светом меньше земной в 2,32 раза. Если сравнивать яркость неба на Марсе с поверхностью Марса, то фактор удалённости от Солнца не надо учитывать, просто можно выдержку сделать в 2,32 раза больше, чем на Земле, чтобы получить нормальную экспозицию. А вот если сравнивать яркость неба на Марсе с яркостью звёзд, то тут уже придётся учесть и это. Итого яркость неба на Марсе относительно света звёзд, которые можно взять за эталон, будет в 140-215 раз меньше, чем на Земле (и это ещё без учёта ослабления света звёзд атмосферой - например, для Крымской обсерватории указывается средний коэффициент прозрачности атмосферы 0.73, а для Марса прозрачность атмосферы будет примерно 0.995).
Т.е. простые оценки показывают, что яркость неба на Марсе на 2 порядка меньше, чем на Земле, т.е. оно там практически чёрное. А вот какого цвета оно получится, если снять небо на Марсе, увеличив время экспозиции в 200 раз - не знаю, это уже совсем другой вопрос.
Собственно, эти оценки подтверждаются наблюдениями на Земле. Поскольку гравитация на Земле в 2,6455 раза больше, чем на Марсе, то аналогичное марсианскому количество атмосферного газа над головой, определяющее цвет неба, достигается при давлении 16 мбар на высоте 32 км. Вот слова Евгения Андреева, прыгавшего с высоты 25 км: "Перевернулся на спину, чтобы теплоотдача была меньше, и - вперед! Поразило небо густого чернильного цвета и звезды - близко-близко. Покосился через плечо вниз, а там голубизна, ярко-оранжевое солнце... Красотища!"
Вот фотография, сделанная на высоте 20 км:
(UPD: вот видеозапись прыжка Феликса Баумгартнера из стратосферы с высоты 39 км.)
Так что в атмосфере Марса слишком мало вещества, чтобы придать небу хоть какой-то отличный от чёрного цвет, поэтому небо на Марсе не голубое, не оранжевое, а практически чёрное с хорошо видимыми (человеческим глазом) даже днём звёздами. На фотографиях, на которых виден освещённый Солнцем грунт, звёзды не будут видны в силу малого динамического диапазона как фотоплёнки, так и полупроводниковых матриц, использующихся для фото- и видеосъёмки. (Когда NASA надо - будут видны.) Но на фотографиях, где грунт виден нормально, не переэкспонирован, небо должно быть практически чёрное, и лишь вдоль горизонта более-менее светлая полоса.
Не знаю, доставили ли США марсоход на Марс, или нет. Может и доставили, а настоящие снимки по каким-то причинам не хотят бесплатно предоставлять в общий доступ. Не могу знать. Но вот изображения, которые NASA выдаёт за снимки, сделанные на Марсе, и на которых небо не чёрного цвета - откровенная фальшивка.
Во-первых, невероятно светлое небо. Во-вторых, столь же невероятно затуманены горы. Для земной атмосферы картинка выглядит совершенно естественно, но не для разреженной в 60 раз марсианской атмосферы. Видеоролик Джерры Уайта
Мне очень стыдно за учёных, которым в нос суют откровенную лажу, а они никак на это не реагируют. Вдвойне стыдно за тех, кто покрывает ложь NASA, и тем более, пытается по этим фальшивкам чего-то там исследовать. Увы, Его Величество Доллар полностью вытеснил из науки понятия научной истины и достоверности.