问伊森:为什么火星上的天空明亮又红呢?



从“ 机遇谷”的北部看,它展示了“马拉松山谷”的一部分。 该图像由Pancam火星探测器于2015年3月13日拍摄。

通过研究世界的氛围,您可以学到很多东西。 例如,在地球上,穿过我们大气的光的光学特性告诉我们有关其成分,反射系数,密度等的信息。 如果我们的大气层稀薄而不那么密集,那么天空就不会那么蓝,落日就不会那么红,总体而言,天空的亮度会更小。 在火星上,大气层的密度是地球的0.7%,因此即使重力较小,它的大气层也比我们的稀薄。 那么,为什么从火星探测器收到的图像中火星的天空看起来如此明亮? 这是我们读者提出的问题:
我们的物理学家知道,由于大气中散布的阳光,天空会变亮。 天空的亮度与大气中的物质质量直接相关。 但是,我们从好奇心,精神和机会获得的图像中看到了什么? 令人难以置信的明亮的天空和令人难以置信的模糊的山脉。 你怎么解释呢?


“好奇号”自2015年以来自画像。这辆火星车是所有降落在火星表面的货物中最重的,甚至重量还不到一吨。 然而,他的相机的质量足以以人眼所见的相同颜色看到火星的天空。

毫无疑问,火星的天空是红色和明亮的,而不是人们所期望的那样,只是从地球大气层推断得出的,就使它变得越来越稀薄。 这个问题一直在成为阴谋论的主题,因为我们在火星表面看到的东西与我们期望在那里看到的东西完全不同。 可能是什么原因?



火星的独特特征是由于其地质历史而演变的,但是大气层的颜色在很大程度上取决于看火星的方式,时间和地点。 它可以从黄棕色到红色和蓝色不等,具体取决于一系列因素。

在您的想象力得出仓促的结论之前,有些人可能会立即开始考虑-例如,NASA发行的所有照片实际上都是来自地球的经过编辑的照片-让我向您展示未经过任何修改的地球图像。



美国空军基地在伊拉克的Al-Takadum (也称为空军基地TQ )在沙尘暴期间

这张照片会让您想起您在火星上看到的照片吗? 可能取决于想到的火星图像-您可能还认为,火星上的天空不应该是黄色,而应该是红色。

换句话说,您希望有一张类似的照片:


2006年5月,沙漠中的沙尘暴

这些照片根本不是在日落时拍摄的,而是在地球上非常特殊的条件下拍摄的。 即,它们是在大气中存在大量颗粒的情况下制成的。 如果您去过附近烟雾含量高,空气污染或森林大火燃烧的地方 ,那么您一定已经看过与沙漠沙尘暴或火星大气类似的东西。

如果您查看不同地方的不同漫游者拍摄的火星照片,您会发现颜色变化很大。



火星的表面对于已知的生命形式而言极为荒凉。 远处的山脉和天空看起来会有所不同,具体取决于大气中粒子的密度。

是什么原因导致这种不匹配?

许多因素在这里起作用。 火星漫游车相机-彼此之间略有不同-确实发挥了作用。 但这不是颜色变化的主要因素。 对于景观和天空的差异有物理上的解释。 其中包括:

  • 射击期间火星大气中的尘埃数量和密度;
  • 尘粒的物理尺寸,随时间和空间变化;
  • 相对于相机,天空中太阳的位置。

我们在看火星时看到的图片变化可以证明这个世界及其大气层具有难以捉摸但极为重要的特性。



哈勃拍摄的火星影像,尤其是那些有云和冰的影像,显示了世界这一部分的蓝色,表明了火星大气层中冰粒的大小。

例如,火星的天空有时看起来是怎样的蓝色? 上面的图像是由哈勃望远镜从远处拍摄的,与火星Passfinder最初在地面上看到的东西-由很小的颗粒组成的水冰云可以覆盖的天空相对应。 它们的大小可能比常规火星尘小十倍,比人发的厚度小一千倍。 这些粒子小于可见光的波长,它们在世界的蓝色部分显得明亮,但实际上在红色光中是看不见的。 从中我们学到了重要的科学课:火星云中的冰粒非常小。

在地球上,在日落或日出期间,尽管太阳及其周围环境看上去是红色的,但与太阳相对的一侧的天空看起来没有蓝色,看上去是蓝色的。 火星上发生了什么?



烈火漫游者在2005年拍摄的火星上日落的广角照片。请注意太阳旁边的蓝色,并将其与天空其他部分的红色相比较。

火星靠近太阳的天空看起来是蓝色,而远离太阳的天空是红色。 太阳的圆盘似乎几乎是白色的,带有淡蓝色的色调。 这与云层或冰层无关,而仅与火星尘埃渗透到地球大气中有关。 大气中的尘埃像地球上的沙尘暴一样,会吸收蓝光,这就是为什么天空大部分变为红色的原因。 但是,由于尘埃颗粒的大小,尘埃会在靠近太阳的区域散射一些蓝光。 如果您像2015年的好奇号那样看火星上的日落,就会看到蓝色夕阳的惊人视觉效果。


日落,从大风火山口欣赏; 与好奇心合影留念2015年4月15日

火星没有看到我们到达那里之前的所有期望,因为它充满了灰尘-不仅在红色星球的表面,而且在整个大气层。 当然,有时在火星上会出现沙尘暴,进一步增强了这种效果,有时尘埃的密度和数量也会增加或减少,这会影响图像。 但是,这不仅是地球所熟悉的透明大气; 灰尘会悬浮在其中,因此远处的物体很难看到。 火星上的尘埃粒子很大,它们主要吸收蓝光,这意味着从粒子反射的光将主要是红色。 同样,由于大量的粒子,火星的天空会比人们预期的要明亮-比没有尘埃的情况还要明亮。



从1970年代的维京号太空船可以看到火星及其微妙的气氛。 由于其中存在灰尘,因此大气为鲜红色。

我们甚至不必登陆火星就可以看到这一点:1970年代接近火星的维京号任务装置仔细地从太空检查了火星的大气层。 从数万公里的距离可以清晰地看到红色的光芒,并且比没有灰尘的地方阻挡了更多的光线。 科学家甚至仅基于光吸收的影响就能够了解火星尘的矿物学。 总计:

  • 火星的云由微小的冰块组成。
  • 火星上的尘埃比地球上的尘埃多得多。
  • 粉红色;
  • 它主要吸收蓝光。
  • 在太阳的直接可见度范围内,主要反射出红色的光;
  • 因此,天空似乎是红色的,靠近太阳的天空是蓝色的,遥远的山脉是模糊的,而云彩是蓝色的。

因此,火星上的大气看起来完全像这样,几十年来收集的证据证实了这一点。 您不能将地球大气层的物理学应用于火星,并希望获得有意义的结果。 火星实际上是一个全新的世界。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN412537/


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