В полдень над Львовом диск Солнца кажется почти белым, а спустя два-три часа, когда светило садится за крыши и Высокий Замок, тот же диск становится желтым, оранжевым, иногда густо-красным. Звезда за это время не изменила температуру и не «перекрасилась». Изменился лишь путь света сквозь воздух.
Цвет Солнца, который видит глаз с поверхности Земли, — это смесь излучения самой звезды и фильтра атмосферы. Без этого фильтра свет остается белым. С ним короткие волны синего и фиолетового чаще отклоняются от прямого луча, и диск на вид становится теплее.
Ниже — как именно работает этот механизм, от чего зависит оттенок и как наблюдать явление, не повредив зрение.
Какой цвет у Солнца на самом деле?
Настоящий цвет Солнца — белый. Звезда излучает видимый свет всех оттенков спектра почти одновременно: от фиолетового до красного. Глаз складывает этот набор в одно ощущение белого — так же, как белым выглядит дневной свет, освещающий стены и асфальт.
Поверхностная температура Солнца по номинальной шкале Международного астрономического союза составляет 5772 кельвина. При такой температуре максимум энергии в видимом диапазоне приходится примерно на 500 нанометров — участок, который отдельно назвали бы зеленовато-голубым. Это не делает диск зеленым. Для зеленого нужен был бы узкий пучок только этой волны. Здесь волн много, и их сумма для человеческого зрения белая.
Из космоса, где нет воздушного слоя, астронавты описывают Солнце как ярко-белый шар на черном фоне. То же показывают снимки в белом свете без искусственной раскраски. Название «желтый карлик» в звездной классификации — служебная метка типа G2V, а не описание того, что видит глаз без атмосферы.
Почему днем Солнце выглядит белым?
Днем луч идет сквозь сравнительно тонкий столб воздуха. Когда Солнце высоко, этот путь близок к минимуму: астрономы называют его воздушной массой около 1. Молекулы азота и кислорода все равно рассеивают короткие волны сильнее длинных — именно поэтому небо синее. Но из прямого луча «снимается» лишь часть синего, и баланс цветов в диске почти не нарушается.
Рассеяние Рэлея работает всегда, даже в полдень. Сила этого эффекта зависит от длины волны примерно как 1/λ⁴: синяя волна рассеивается в несколько раз сильнее красной. Для дневного диска этого мало, чтобы сместить ощущение с белого на отчетливо желтое. Желтизна чаще появляется как контраст с синим небом или из-за легкой дымки, а не как «настоящий» цвет звезды.
На Львовщине в ясный летний полдень диск ближе всего к белому именно тогда, когда воздух сухой и мало пыли. После дождя картина та же: атмосфера чище, путь короткий, спектр прямого света почти полный.
Почему на востоке и западе оно желтое и оранжевое?
У горизонта геометрия другая. Луч уже не падает сверху вниз, а пересекает атмосферу почти по касательной. Тогда воздушная масса растет не на проценты, а в десятки раз. Ключевое число здесь — около 38: именно во столько раз длиннее эффективный путь света на самом горизонте по сравнению с путем, когда Солнце в зените.
Цифра 38 не «магическая». Если считать атмосферу плоской плитой, путь считают как 1/cos(z), где z — угол от вертикали. На горизонте косинус стремится к нулю, и формула «взрывается» в бесконечность. Земля круглая, плотность воздуха падает с высотой, луч немного преломляется. Модели вроде формулы Кастена и Янга дают на горизонте значение около 38. Его уменьшает высота над уровнем моря: в Карпатах столб воздуха тоньше, чем в долине Львова. Увеличивают — низкая облачность у земли, влага и пыль.
На длинном пути синие и зеленые волны успевают много раз отклониться в сторону. В прямом луче остаются желтые, оранжевые и красные. Сначала диск желтеет, затем становится оранжевым. Это тот же механизм, что окрашивает дневное небо в синий: свет не исчез, его лишь перераспределили.
Бытовая аналогия: лампа за одним матовым стеклом остается белой, за стопкой таких стекол — теплой и желтой. Аналогия ломается там, где воздух перестает быть однородным стеклом: верхние слои разрежены, а крупные частицы пыли рассеивают свет уже не по закону Рэлея, а почти без выбора цвета.
| Положение диска | Ориентировочная воздушная масса | Типичный вид | Что происходит со светом |
|---|---|---|---|
| Высоко над горизонтом | около 1–1,5 | белый | спектр почти полный |
| Около 30° над горизонтом | около 2 | бело-желтый | синего уже меньше |
| Около 10° над горизонтом | около 5–6 | желтый или оранжевый | короткие волны сильно исчерпаны |
| На линии горизонта | около 38 | оранжевый или красный | в луче остаются длинные волны |
Источник: астрономическое определение воздушной массы; значение на горизонте по модели Kasten & Young (1989), около 38 относительно зенита.
Когда Солнце красное, а когда — даже фиолетовое?
Насыщенный красный диск появляется, когда к длинному пути добавляются мелкие частицы: дым, пыль, густой туман, аэрозоли после крупных пожаров. Они усиливают отбор коротких волн. Тогда даже не очень низкое Солнце может выглядеть медным среди дня. На Львовщине такой эффект бывает после задымления от пожаров или когда с юга доходит пыль.
Фиолетовый и сиреневый край неба — редкость. Его дают мелкие капли сульфатов высоко в стратосфере после мощных извержений: они рассеивают свет иначе, чем обычная приземная пыль, и в смеси с поглощением озоном появляется лиловый оттенок уже после того, как привычный оранжевый закат погас. Еще реже диск сам выглядит голубым или лавандовым — когда частицы дыма почти одного размера, около микрометра, и избирательно «съедают» красное. Такие случаи фиксировали после крупных лесных пожаров, не каждый год и не в каждом регионе.
Затмение не показывает «космический» белый диск в том смысле, в каком его видят вне атмосферы. Наблюдатель все равно смотрит сквозь воздух. Во время полного покрытия видимой становится корона, которая часто кажется перламутрово-белой; если затмение низко над горизонтом или в задымленном воздухе, корона может выглядеть золотистой. Частичное затмение цвет звезды не «сбрасывает» и не делает взгляд безопасным.
Что это значит для жителей
Необычно красный диск днем над Львовом или областью — не изменение самой звезды, а сигнал, что в воздухе больше частиц, чем в обычный ясный день. Для оценки качества воздуха стоит ориентироваться на официальные показатели загрязнения, а не только на «красивый закат». Само наблюдение заката из окна безопасно; смотреть прямо в диск, даже тусклый, — уже другое дело.
Что делать, чтобы безопасно наблюдать Солнце?
Прямой взгляд на яркий диск без специального фильтра повреждает сетчатку. Боль не всегда успевает предупредить: ожог может произойти за секунды. Обычные солнцезащитные очки, засвеченная пленка, дискета или закопченное стекло для этого не годятся.
- Для прямого взгляда нужен фильтр по стандарту ISO 12312-2: свет пропускается в очень узких пределах, ориентировочно от 0,000061% до 0,0032% видимого света. Перед использованием проверяют, нет ли царапин и отслоений.
- Опасно смотреть на Солнце через бинокль, объектив или телескоп, даже если на глазу уже есть «затемняющие» очки: оптика собирает свет, и фильтр на глазу этого не выдерживает. Фильтр ставят перед всей оптикой.
- Безопасный способ без фильтра — проекция: маленькое отверстие в картоне дает изображение диска на экране за спиной у наблюдателя. Так видна форма серпа во время частичного затмения.
У горизонта диск тусклее, но ультрафиолет и инфракрасное излучение никуда не исчезают. Долго вглядываться в него без защиты не стоит. Во время полного затмения смотреть незащищенным глазом можно лишь в короткие минуты, когда яркий диск полностью закрыт; как только появляется край — фильтр снова обязателен. Такие правила повторяет NASA для наблюдений затмений.
Важно. Красный и «слабый» диск не означает безопасный диск. Зрение повреждает не цвет, а плотность энергии, которая доходит до сетчатки. Фильтр или проекция нужны и на восходе, и на закате, если взгляд направлен прямо в Солнце.
Частые вопросы
Зависит ли оттенок от места на Земле?
Само излучение Солнца от широты не меняется. Меняются высота диска над горизонтом в конкретный час, толщина воздушного столба, влажность, пыль и высота местности. В горах путь короче, цвета часто чище. У моря добавляются соль и дымка. На Львовщине зимой воздух суше, поэтому закаты иногда выглядят резче красными, чем во влажное лето — при условии, что небо действительно ясное.
Почему на детских рисунках Солнце желтое?
Желтый диск — удобный символ и привычный способ отделить светило от белой бумаги. Часть людей и вправду чаще видит дневное Солнце с теплым оттенком: контраст с синим небом и легкое изъятие синего из прямого луча дают именно такое впечатление. Это восприятие, а не цвет звезды вне атмосферы.
Можно ли по цвету предсказать погоду?
Насыщенный красный закат иногда совпадает с запыленным или влажным воздухом к западу от наблюдателя, но это не правило для прогноза на завтра. Для решений о дне надежнее данные гидрометцентра, чем оттенок диска.
Что делать дальше
Если цель — понять явление, достаточно нескольких наблюдений без взгляда в диск: сравнить цвет блика на стене в полдень и за час до заката, заметить, как синее небо и теплый диск появляются вместе. На это хватает одного ясного дня.
Если цель — фотографировать восход или закат во Львове или в области, планировать съемку стоит за 20–40 минут до расчетного заката: именно тогда путь сквозь воздух уже длинный, а диск еще не скрылся. Камере тоже нужна защита, если объектив смотрит прямо на Солнце.
Если цель — смотреть на сам диск или на затмение, сначала достать проверенный фильтр ISO 12312-2 или сделать проекцию через отверстие. Расходы на очки для затмения обычно невелики; самодельные «затемнители» из подручных пленок эту задачу не решают.
