На полудень над Львовом диск Сонця здається майже білим, а за дві-три години, коли воно сідає за дахи й Високий Замок, той самий диск стає жовтим, оранжевим, іноді глибоко червоним. Зірка за цей час не змінила температуру й не «перефарбувалася». Змінився лише шлях світла крізь повітря.
Колір сонця, який бачить око з поверхні Землі, — це суміш випромінювання самої зірки й фільтра атмосфери. Без цього фільтра світло лишається білим. З ним короткі хвилі синього й фіолетового частіше збиваються з прямого променя, і диск теплішає на вигляд.
Нижче — як саме працює цей механізм, від чого залежить відтінок і як спостерігати явище, не пошкодивши зір.
Який колір Сонця насправді?
Справжній колір Сонця — білий. Зірка випромінює видиме світло всіх відтінків спектра майже одночасно: від фіолетового до червоного. Око складає цей набір в одне відчуття білого, так само як білим виглядає денне світло, що освітлює стіни й асфальт.
Поверхнева температура Сонця за номінальною шкалою Міжнародного астрономічного союзу становить 5772 кельвіни. На такій температурі максимум енергії у видимому діапазоні припадає приблизно на 500 нанометрів — ділянку, яку окремо назвали б зеленувато-блакитною. Це не робить диск зеленим. Для зеленого потрібен був би вузький пучок лише цієї хвилі. Тут хвиль багато, їхня сума для людського зору біла.
З космосу, де немає повітряного шару, астронавти описують Сонце як яскраво-білу кулю на чорному тлі. Те саме показують знімки в білому світлі без штучного розфарбовування. Назва «жовтий карлик» у зоряній класифікації — службова мітка типу G2V, а не опис того, що бачить око без атмосфери.
Чому вдень Сонце виглядає білим?
Удень промінь іде крізь порівняно тонкий стовп повітря. Коли Сонце високо, цей шлях близький до мінімуму: астрономи називають його повітряною масою близько 1. Молекули азоту й кисню все одно розсіюють короткі хвилі сильніше за довгі — саме тому небо синє. Але з прямого променя «знімається» лише частина синього, і баланс кольорів у диску майже не ламається.
Розсіяння Релея працює завжди, навіть опівдні. Сила цього ефекту залежить від довжини хвилі приблизно як 1/λ⁴: синя хвиля розсіюється в кілька разів охочіше за червону. Для денного диска цього замало, щоб змістити відчуття з білого на виразно жовте. Жовтизна частіше з’являється як контраст із синім небом або через легкий серпанок, а не як «справжній» колір зірки.
На Львівщині в ясний літній полудень диск найближчий до білого саме тоді, коли повітря сухе й мало пилу. Після дощу картина та сама: атмосфера чистіша, шлях короткий, спектр прямого світла майже повний.
Чому на схід і захід воно жовте та оранжеве?
Біля горизонту геометрія інша. Промінь уже не падає зверху вниз, а ріже атмосферу майже плашмя. Тоді повітряна маса зростає не на відсотки, а в десятки разів. Ключове число тут — близько 38: саме стільки разів довший ефективний шлях світла на самому горизонті порівняно зі шляхом, коли Сонце в зеніті.
Цифра 38 не «магічна». Якщо вважати атмосферу плоскою плитою, шлях рахують як 1/cos(z), де z — кут від вертикалі. На горизонті косинус прямує до нуля, і формула «вибухає» в нескінченність. Земля кругла, густина повітря падає з висотою, промінь трохи заломлюється. Моделі на кшталт формули Кастена і Янга дають на горизонті значення близько 38. Його зменшує висота над рівнем моря: у Карпатах стовп повітря тонший, ніж у долині Львова. Збільшують — низька хмарність біля землі, волога й пил.
На довгому шляху сині й зелені хвилі встигають багато разів відхилитися вбік. У прямому промені лишаються жовті, оранжеві й червоні. Спочатку диск жовтіє, потім стає оранжевим. Це той самий механізм, що фарбує денне небо в синій: світло не зникло, його лише перерозподілили.
Побутова аналогія: лампа за однією матовою шибкою лишається білою, за стопкою таких шибок — теплою й жовтою. Аналогія ламається там, де повітря перестає бути однорідним склом: верхні шари розріджені, а великі частинки пилу розсіюють світло вже не за законом Релея, а майже без вибору кольору.
| Положення диска | Орієнтовна повітряна маса | Типовий вигляд | Що відбувається зі світлом |
|---|---|---|---|
| Високо над горизонтом | близько 1–1,5 | білий | спектр майже повний |
| Близько 30° над горизонтом | близько 2 | біло-жовтий | синього вже менше |
| Близько 10° над горизонтом | близько 5–6 | жовтий або оранжевий | короткі хвилі сильно вичерпані |
| На лінії горизонту | близько 38 | оранжевий або червоний | у промені лишаються довгі хвилі |
Джерело: астрономічне визначення повітряної маси; значення на горизонті за моделлю Kasten & Young (1989), близько 38 відносно зеніту.
Коли Сонце червоне, а коли — навіть фіолетове?
Насичений червоний диск з’являється, коли до довгого шляху додаються дрібні частинки: дим, пил, густий туман, аерозолі після великих пожеж. Вони підсилюють відбір коротких хвиль. Тоді навіть не дуже низьке Сонце може виглядати мідним серед дня. На Львівщині такий ефект буває після задимлення від пожеж або коли з півдня доходить пил.
Фіолетовий і бузковий край неба — рідкість. Його дають дрібні краплі сульфатів високо в стратосфері після потужних вивержень: вони розсіюють світло інакше, ніж звичайний приземний пил, і в суміші з поглинанням озоном з’являється ліловий відтінок уже після того, як звичний оранжевий захід згас. Ще рідше диск сам виглядає блакитним або лавандовим — коли частинки диму майже одного розміру, близько мікрометра, і вибірково «з’їдають» червоне. Такі випадки фіксували після великих лісових пожеж, не щороку й не в кожному регіоні.
Затемнення не показує «космічний» білий диск у тому сенсі, в якому його бачать поза атмосферою. Спостерігач усе одно дивиться крізь повітря. Під час повного покриття видимим стає вінчик — корона, яка часто здається перламутрово-білою; якщо затемнення низько над горизонтом або в задимленому повітрі, вінчик може виглядати золотавим. Часткове затемнення кольору зірки не «скидає» і не робить погляд безпечним.
Що це означає для мешканців
Незвично червоний диск удень над Львовом чи областю — не зміна самої зірки, а сигнал, що в повітрі більше частинок, ніж у звичайний ясний день. Для оцінки якості повітря варто орієнтуватися на офіційні показники забруднення, а не лише на «гарний захід». Саме спостереження заходу з вікна безпечне; дивитися просто в диск, навіть тьмяний, — уже інша справа.
Що робити, щоб безпечно спостерігати Сонце?
Прямий погляд на яскравий диск без спеціального фільтра пошкоджує сітківку. Біль не завжди встигає попередити: опік може статись за секунди. Звичайні сонцезахисні окуляри, засмажена плівка, дискета чи закопчене скло для цього не годяться.
- Для прямого погляду потрібен фільтр за стандартом ISO 12312-2: світло пропускається в дуже вузьких межах, орієнтовно від 0,000061% до 0,0032% видимого світла. Перед використанням перевіряють, чи немає подряпин і відшарувань.
- Небезпечно дивитися на Сонце крізь бінокль, об’єктив чи телескоп, навіть якщо на оці вже є «затемнювальні» окуляри: оптика збирає світло, і фільтр на оці цього не витримує. Фільтр ставлять спереду всієї оптики.
- Безпечний спосіб без фільтра — проекція: маленький отвір у картоні дає зображення диска на екрані за спиною в спостерігача. Так видно форму серпа під час часткового затемнення.
Біля горизонту диск тьмяніший, але ультрафіолет і інфрачервоне випромінювання нікуди не зникають. Довго вдивлятися в нього без захисту не варто. Під час повного затемнення дивитися незахищеним оком можна лише в короткі хвилини, коли яскравий диск повністю закритий; щойно з’являється край — фільтр знову обов’язковий. Такі правила повторює NASA для спостережень затемнень.
Важливо. Червоний і «слабкий» диск не означає безпечний диск. Зір пошкоджує не колір, а щільність енергії, яка доходить до сітківки. Фільтр або проекція потрібні й на сході, і на заході, якщо погляд спрямований просто в Сонце.
Часті запитання
Чи залежить відтінок від місця на Землі?
Саме випромінювання Сонця від широти не змінюється. Змінюється висота диска над горизонтом у конкретну годину, товщина повітряного стовпа, вологість, пил і висота місцевості. У горах шлях коротший, кольори часто чистіші. Біля моря додається сіль і імла. На Львівщині взимку повітря сухіше, тож заходи інколи виглядають різкіше червоними, ніж у вологе літо — за умови, що небо справді ясне.
Чому в дитячих малюнках Сонце жовте?
Жовтий диск — зручний символ і звичний спосіб відокремити світило від білого паперу. Частина людей і справді частіше бачить денне Сонце з теплим відтінком: контраст із синім небом і легке вилучення синього з прямого променя дають саме таке враження. Це сприйняття, а не колір зірки поза атмосферою.
Чи можна за кольором передбачити погоду?
Насичений червоний захід інколи збігається з запиленим або вологим повітрям на заході від спостерігача, але це не правило для прогнозу на завтра. Для рішень про день надійніші дані гідрометцентру, ніж відтінок диска.
Що робити далі
Якщо мета — зрозуміти явище, досить кількох спостережень без погляду в диск: порівняти колір відблиску на стіні опівдні й за годину до заходу, помітити, як синє небо й теплий диск з’являються разом. На це вистачає одного ясного дня.
Якщо мета — фотографувати схід чи захід у Львові чи в області, планувати зйомку варто за 20–40 хвилин до розрахункового заходу: саме тоді шлях крізь повітря вже довгий, а диск ще не сховався. Камері теж потрібен захист, якщо об’єктив дивиться просто на Сонце.
Якщо мета — дивитися на сам диск або на затемнення, спочатку дістати перевірений фільтр ISO 12312-2 або зробити проекцію через отвір. Витрати на окуляри для затемнення зазвичай невеликі; саморобні «затемнювачі» з підручних плівок цю задачу не закривають.
