Причиной всех затруднений в наблюдении ночью является темнота, мрак. Темнота - это отсутствие света, точнее, недостаточно яркое освещение, вследствие которого зрение человека не может воспринимать окружающее с достаточной четкостью. Поэтому самый лучший способ помочь наблюдению - это осветить погруженную в темноту местность искусственным светом: лучом прожектора, осветительной бомбой или ракетой. Но это возможно не всегда. Чаще всего приходится ограничивать наблюдение тем, что видно при наличном уровне света. Поэтому следует заранее знать, насколько темной будет предстоящая ночь, будет ли светить Луна и в какие именно часы, как рано ночной мрак окутает землю и в котором часу начнется рассвет. Все эти данные сообщаются в разного рода справочниках и календарях, где, в частности, приводятся данные о восходе Луны, о часе наступления сумерек и т. д. Такими данными пользуются при планировании ночных операций.
Мера света
Освещенность можно точно измерить и выразить цифрами. При всяком измерении пользуются определенными мерами или единицами, в которых выражаются результаты измерения.
При измерении света за основу берется особая лампа, которую называют нормальной или стандартной свечой.
Она должна быть устроена так, чтобы сила ее света всегда была строго одинаковой. Со светом такой свечи и сравнивают изучаемую освещенность.
Когда-то для этой цели употребляли обыкновенные свечи из стеарина или парафина установленного размера. Такого рода измерение давало очень неточные результаты: каждая свеча горит и оплывает по-разному; стеарин и воск тоже бывают разного качества, следовательно, свечи одного сорта и размера дают неодинаковый свет. Поэтому позднее перешли от свечей к небольшим лампам с фитилем, в которых горела жидкость определенного состава, но и это давало не совсем точные результаты. Впоследствии стали применять электрические лампы, но и это не решало вопроса, так как сила света таких ламп, хотя и медленно, но все же меняется при работе. Поэтому проф. П. М. Тиходеевым и его сотрудниками был разработан особый прибор, который дает свет исключительного постоянства и который в случае утраты всегда можно точно восстановить. Этот прибор представляет собой электрическую печь, внутри которой светится медленно затвердевающая расплавленная платина. Результаты этой выдающейся работы послужили основой к установлению государственного светового эталона СССР.
Хотя печь с расплавленной платиной совсем не похожа на стеариновую или восковую свечу, меру силы света попрежнему называют свечой.
Если на расстоянии 1 м от лампы в одну свечу поставить экран, то он получит освещение строго определенной силы. Освещенность при таких условиях и принимается за меру освещения, называемую метр-свечой или люксом (от латинского слова "люкс" - свет). В люксах удобно выражать слабое освещение. Для очень яркого света применяют меру фот, который составляет 10000 люксов.
Чтобы Вы составили себе некоторое представление об этих мерах света, приведем примеры.
В ясный летний день, когда небо чисто, а Солнце стоит на небе высоко, освещенность составляет 60000-100000 люксов или 6-10 фотов. В такой же день в тени, куда солнечные лучи не проникают, освещенность будет 10000-20000 люксов. В пасмурный день на открытом месте освещенность бывает от 5000 до 20000 люксов. На закате Солнца она составляет при ясной погоде около 1000 люксов, при пасмурной - 300-500 люксов. В светлые летние ночи в Ленинграде освещенность составляет всего 1 люкс. Вечером в комнате при электрическом свете освещение бывает очень неравномерным: на столе, прямо под яркой лампой с хорошим абажуром, оно может доходить до 100-300 люксов, в то время как в темных углах комнаты бывает 1-5 люксов и меньше. Полная Луна дает света около 0,2 люкса, а в темную безлунную ночь общий свет звезд и других ночных светил составляет всего 1/1000-1/10000 люкса.
Для измерения силы освещения придумано множество специальных приборов - фотометров. В некоторых фотометрах яркость света определяется посредством автоматически действующих фотоэлементов, превращающих световые лучи в электрический ток.
Пользуясь таким прибором, можно изучить ход освещенности в открытом поле днем и ночью при разных условиях.
Заря, сумерки и белые ночи
Переход от яркого дневного света к ночному мраку происходит не сразу. С закатом Солнца темнеет постепенно: свет убывает медленно и лишь спустя 1-2 часа достигает своего ночного уровня. То же самое происходит и утром: светать начинает задолго до восхода Солнца, так что к моменту появления дневного светила над горизонтом становится уже совсем светло.
Время, в течение которого угасает или разгорается дневной свет, называется сумерками. Сумерки обычно бывают два раза в сутки: один раз - вечером, после заката Солнца, а другой раз - утром, перед солнечным восходом. В северной зоне страны, например, в Ленинграде, летом вечерние сумерки смыкаются с утренними, так что темнота совсем не наступает. Эти светлые, "белые" северные летние ночи всегда вызывают удивление уроженцев юга, где ничего подобного не бывает и где летом ночи, хотя и короткие, но все же "настоящие", т. е. совсем темные.
На дальнем севере, в суровых просторах Арктики, где бывает и сплошной день, длящийся по нескольку недель и даже месяцев подряд, и сплошная ночь, - сумеречное время проявляется и в других вариантах. Например, темная полярная ночь ежедневно на несколько часов прерывается сумерками, которые зимой заменяют для этих мест день. Еще ближе к полюсу бывает время (весной и осенью), когда сумерки длятся по многу дней подряд, лишь незначительно угасая к полуночи и разгораясь к полудню. То же самое, конечно, происходит и в Антарктике, т. е. в окрестностях Южного полюса.
Откуда же берется серебристое, но тусклое освещение в те часы, когда Солнца нет над нашим горизонтом? Ответить на этот вопрос не представляет большого труда: в сумерки нас освещает небо.
С закатом Солнца прямые солнечные лучи для нас пропадают, но небесный свод остается ярко освещенным, и его рассеянный свет продолжает освещать землю. Если при этом небо ясно, если нет туч и облаков, то на небесном своде разыгрывается ряд эффектных явлений, характерных для сумерек.
Край неба, у которого скрылось Солнце, окрашивается в яркие желтые или оранжевые тона. Над ним нередко появляется расплывчатое широкое пятно пурпурного цвета, постепенно переходящего из беловатых тонов в серо-голубые оттенки зенита. С противоположной Солнцу стороны, на востоке, небо окаймлено широким поясом темно-розового цвета.
По мере того, как Солнце уходит глубже за горизонт, пурпурное пятно опускается книзу и как бы заходит за оранжевый сегмент на западе. В то же время малиновая кайма на востоке подымается над горизонтом, и за ней появляется темный краешек неба синевато-серого, как бы сизого оттенка. Это тень земли на фоне атмосферы. Тень, постепенно поднимаясь все выше и выше, несет с собой ночной мрак.
Все это разнообразие цветов, всю эту эффектную игру красок на вечернем небе называют зарей.
Но вот проходит полчаса - час, и краски зари начинают тускнеть. Меркнет оранжевый сегмент на западе, исчезает пурпурный цвет над ним, расплывается и пропадает розовая кайма на востоке. На смену насыщенным красно-желтым то вам первой фазы вечерней зари приходят тусклые цвета второй фазы. Мутно-желтое у горизонта и зеленоватое над ним небо все больше и больше темнеет. Вот уже пропали все оттенки, и только слабый серый свет показывает направление Солнца, все глубже спускающегося за горизонт. Еще немного - и этот свет меркнет. Зари больше нет. Сумерки закончились.
Те же явления, но в обратном порядке мы наблюдаем на небе утром, перед восходом Солнца. Это утренняя заря.
Как и все воздушные явления, заря бывает очень разнообразной. В зависимости от чистоты и прозрачности воздуха, наличия в нем водяных паров или пыли, от расположения и характера облаков заря бывает то очень ярких и насыщенных цветов ("красные зори", когда заря окрашивается кровавым, пунцовым светом), то, напротив, - блеклой и бедной красками.
Особенности зари отражают перемены в атмосфере, поэтому мы иногда можем пользоваться ими для предсказания погоды. Рыбаки, моряки и вообще жители прибрежных мест, на основании большого житейского опыта, нередко удачно предсказывают погоду по заре.
Причина зари и сумерек кроется в форме земной атмосферы. Окружая шарообразную землю, слой воздуха нам является шаровым слоем, как это изображено на рис. 17. Рассматривая этот рисунок, легко убедиться, что солнечные лучи продолжают освещать верхние слои воздуха и после того, как Солнце зайдет для наблюдателя, стоящего на земной поверхности. Благодаря этому происходит следующее: после заката Солнца освещение земной поверхности солнечными лучами прекращается, но воздух над землей все еще пронизывается солнечным светом. Лучи Солнца рассеиваются в толще воздуха, отражаются воздушными частицами в разные стороны и в том числе по направлению к земле. Поэтому небо кажется нам ярким, мы видим на нем пеструю зарю, а земля и все предметы, находящиеся на ней, освещаются сребристым сумеречным светом.
Чем ниже опускается Солнце за горизонт, тем тоньше становится слой воздуха, освещенного этими лучами; к тому же это верхний, сильно разреженный и, следовательно, слабо отражающий слой. Поэтому по мере опускания Солнца за горизонт небо быстро темнеет и вместе с этим ослабевает и сумеречный свет.
Измеряя яркость неба при заре и производя расчет высоты слоев, еще освещенных солнечными лучами, можно найти рассеивающую способность воздуха на разных высотах над землей и при помощи этих данных определить плотность верхних слоев атмосферы. Такой способ исследования самых высоких слоев атмосферы, был предложен академиком В. Г. Фесенковым и подробно разработан его учениками.
Условия видимости в сумерки
Время сумерек резко и точно отграничено от дневного времени моментами восхода и захода Солнца. Со стороны ночи никакой точной границы у сумерек нет, потому что свет, постепенно убывая, незаметно переходит в темноту ночи. Но для практики и, в частности, для разных расчетов, связанных с видимостью, необходимо хотя бы приблизительно знать, когда кончаются сумерки и начинается ночь.
Оказывается, что при ясной безоблачной погоде изменение освещения с погружением Солнца за горизонт протекает везде приблизительно одинаково. Например, если Солнце углубилось за горизонт меньше чем на 6., то сумеречный свет настолько ярок, что при нем все отлично видно: на открытом месте можно выполнять любые работы и даже разбирать печатный текст, рассматривать карту, смотреть на часы, компас и т. д. После того как Солнце опускается за горизонт ниже 6., света уже не хватает, и окружающие предметы становятся видны все хуже и хуже. После того как Солнце углубится на 12., на земле становится почти темно, однако на небе еще сохраняется довольно большой светлый участок угасающей зари. После погружения Солнца на 18-20. всякие следы зари и сумерек пропадают. Исходя из изложенного, для целей практики условились различать три степени сумерек.
Время, в течение которого Солнце углубляется за горизонт меньше чем на 6., называется гражданскими сумерками. Сумеречный свет в это время настолько ярок, что как близкие, так и далекие предметы видны вполне отчетливо, и поэтому нет надобности в искусственном освещении, по крайней мере на открытом месте.
Время, в течение которого глубина погружения Солнца заключается между 6 и 12., называется навигационными или морскими сумерками. В течение этих сумерек видимость быстро ухудшается, однако можно еще довольно отчетливо различать контуры крупных предметов, например, холмов, гор, зданий. Это позволяет мореплавателю ориентироваться в море по очертаниям берегов, откуда происходит название этого раздела сумерек. Цвета предметов различаются с трудом, а затем совсем пропадают.
После погружения Солнца ниже 12. сумеречное освещение на земле практически прекращается и на небе остается только слабый свет заря. Не имея значения для видимости земных предметов, он, однако, мешает астрономам различать слабые звезды. Поэтому самая темная часть сумерек, когда Солнце находится за горизонтом между 12 и 18., называется астрономическими сумерками. Из вопросов, имеющих практическое значение, с этими сумерками связано лишь наблюдение за самолетами, которые на фоне слабо освещенного неба могут выделяться в виде темных силуэтов. (Термин "навигационные сумерки" имеет ограниченное распространение. Во многих случаях под названием "астрономические сумерки" понимается все время, когда Солнце находится между пределами 6 и 18.. )
Глубину погружения Солнца за горизонт можно с большой точностью вычислить заранее на любой день и час каждого года. Зная глубину погружения и учитывая условия погоды, мы будем знать и величину освещенности земной поверхности, а также зависящие от нее условия видимости тех или иных предметов. В таблице 5 приводятся некоторые цифры по этому вопросу. Они основаны на многолетних наблюдениях дневного света, которые велись под руководством проф. Н. Н. Калитина.
Пользуясь найденными на основании опыта значениями глубины погружения Солнца для границы сумерек разного типа, нетрудно составить заранее весьма важные для практики таблицы начала и конца сумерек для разных мест.
Продолжительность сумерек зависит от времени года: летом и зимой сумеречное освещение тянется дольше, чем весной и осенью.
Но еще в большей мере продолжительность сумерек зависит от широты места: чем севернее, чем ближе к полюсу, тем дольше длятся сумерки. Происходит это от чисто астрономической причины: чем дальше от экватора расположено место, тем более косо спускается там Солнце к горизонту. На экваторе Солнце спускается отвесно вниз, поэтому вскоре после заката оно оказывается уже глубоко за горизонтом, и сумерки оканчиваются быстро. В умеренных широтах Солнце идет к горизонту под острым углом, а поэтому, продвигаясь вперед благодаря своему кажущемуся суточному движению, оно отходит от горизонта не так быстро. В полярных областях видимый суточный путь Солнца так мало наклонен к горизонту, что, скрывшись от наблюдателя за край Земли, Солнце еще очень долго движется вблизи горизонта, и поэтому сумерки там длятся много часов.
Лунный свет
В сутолоке ярко освещенных городов, в селениях и на станциях, залитых электрическим светом, мы обычно не замечаем Луны и ее тусклого света.
Если в темную ночь мы едва различаем силуэты близких предметов, то в полнолуние хорошо видны детали окружающей панорамы, а при ясной погоде даже далекие части ландшафта выступают вполне отчетливо. Неудивительно, что во время войн, в местах, удаленных от фронта, Луне радовались как средству естественного извещения. Зато в прифронтовой полосе на нее смотрели с тревогой: заливая местность своим светом, она демаскировала затемненные города и селения и тем помогала врагу совершать воздушные налеты и т.д..
В отличие от дневного освещения, правильно чередующегося изо дня в день, лунный свет очень изменчив. Луна то появляется с самого вечера в виде круглого светлого диска и светит всю ночь напролет, то превращается в узкий светлый серп и тускло светит только с вечера или под утро, то скрывается, и тогда ночь бывает совсем темной. Эти перемены формы и света Луны известны под названием лунных фаз.
Один раз в месяц бывает такой день, когда Луна совсем не появляется на небе. Этот день называется новолунием. На следующий день или, чаще, дня через 2-3 после новолуния Луну можно обнаружить вскоре после заката Солнца.
Условия лунного освещения сильно меняются в зависимости от сезона. Например, полная Луна всегда находится на участке неба, противоположном Солнцу; поэтому она восходит на закате Солнца, а закатывается на восходе и, следовательно, светит всю ночь. Но летом Солнце поднимается на небе высоко и светит долго. Луна же, наоборот, появляясь лишь на короткое время летней ночи, проходит невысоко над горизонтом, особенно на севере. Зимой, напротив, полная Луна описывает на небе большую дугу и, проходя высоко над горизонтом, ярко освещает весь ландшафт. Поэтому зимой лунные ночи гораздо светлее, чем летом. Разница еще усугубляется снегом, который сильно отражает лунные лучи, благодаря чему создается то впечатление светлой морозной лунной ночи, которое хорошо знакомо каждому.
"Молодая" Луна, появляющаяся по вечерам, проходит по небу высоко и поздно закатывается весной (в марте, апреле). Осенью она видна невысоко над горизонтом и заходит очень рано. Поэтому весенние вечера освещены лунным светом лучше, чем осенние. "Старая" Луна, напротив, стоит выше и восходит раньше осенью, и поэтому предрассветные часы озаряются ею всего лучше в сентябре и октябре; весной же эта часть ночи бедна лунным светом.
Все эти правила полезно хорошо заучить, чтобы руководствоваться ими при наблюдениях.
Причина изменений кажущейся формы Луны очень проста и давно известна. Лунный свет - это отражение солнечных лучей от каменистой поверхности нашего спутника. Но Солнце освещает только одну половину лунного шара, другая же его половина остается неосвещенной, темной, вследствие чего на ночном небе ее не видно. При движении Луны вокруг Земли к нам поворачиваются различные доли светлого и темного полушарий. Так, в полнолуние все видимое с Земли полушарие освещено, а в новолуние оно целиком погружено во мрак и поэтому исчезает. Промежуточные формы освещенной части диска легко воспроизвести, если поворачивать перед собой шар, одна половина которого выкрашена в белый цвет, а другая в черный. Впрочем, иногда, а именно при достаточно узком серпе, удается увидеть и неосвещенную часть лунного шара. Она слабо выделяется на фоне неба благодаря тусклому освещению (так называемый пепельный свет на неосвещенной части лунного тела). Это освещение исходит от Земли, которая тоже отражает солнечные лучи и светит на Луну так же, как Луна светит нам. Впрочем, Земля - гораздо лучший отражатель. Исследования обнаружили, что она возвращает в мировое пространство около 50% падающего на нее света, в то время как Луна отражает всего 7% попавших на нее лучей; к тому' же Земля и по размерам много больше Луны, а поэтому ночи на Луне, освещенные "полной Землей", раз в 50 светлее самых светлых лунных ночей у нас.
Лунное освещение нельзя назвать сильным даже в самых благоприятных условиях; когда полная Луна стоит в небе высоко, а воздух очень прозрачен, освещенность доходит до 0,25 люкса, обычно же освещение в полнолуние составляет лишь около 0,1 люкса. В туманную или пасмурную погоду оно оказывается в несколько раз меньше этой величины. Но полнолуние бывает один раз в месяц. С удалением от него в обе стороны сила лунного света быстро снижается. Уже через три дня после полнолуния она уменьшается в 2 раза, через четыре дня - в 3 раза, а через семь дней, когда на небе останется половина диска и Луна приобретет форму полукруга, свет убудет в 10 раз. Происходит это вследствие того, что с удалением от полнолуния убывает не только площадь светлой части диска, но и ее яркость.
Интересно отметить, что кривая изменения лунного света до полнолуния и после него не совсем симметрична. Оказывается, что "молодая" Луна дает на 20% больше света, чем "старая" той же формы. Эта разница объясняется неравномерным распределением темных пятен на лунном лике: левая половина Луны содержит наиболее крупные пятна, поэтому убывающая Луна дает меньше света.
Лунное освещение во многом сходно с солнечным. Луна проходит на небе такой же видимый путь, как и Солнце в то или иное время года. Поэтому ее лучи падают на земную поверхность и различные предметы под такими же углами. Подобно солнечному свету, лучи Луны попадают на Землю не только в форме прямых лучей, но и в виде рассеянного света от небесного свода, озаренного светилом. Распределение яркости по небу, расположение теней, соотношение между освещением различно расположенных или наклоненных предметов одинаково как при Луне, так и при Солнце. Разница лишь в силе освещения.
Многочисленные измерения показывают, что свет полной Луны в 465000 раз слабее солнечного. Значит, в полнолуние и яркость неба, и освещение любого предмета, и яркость ландшафта во столько же раз меньше, чем днем, когда Солнце занимает на небе то место, на котором ночью была Луна. Слабый свет не позволяет зрению работать с полной эффективностью, поэтому видимость различных предметов при Луне хотя и значительно лучше, чем в темную ночь, но все же далеко не такая, как днем.
Освещение в темные ночи
Если сумерки уже закончились, а Луны на небе нет, то мы говорим, что наступила темная ночь. Однако эта темнота относительная; пробыв в ней достаточно долгое время, начинаешь отчетливо различать горизонт, контуры крупных близких предметов, темные объекты на фоне белого снега или белые вещи на темном фоне растительности. Значит, и в ночное время остается какой-то, правда очень слабый, свет, при котором кое-что можно видеть. Откуда же он идет?
Освещение местности в ночные часы состоит из лучей разных источников света. Рассмотрим каждый из них.
1. Свет звезд
Каждая звезда в отдельности дает ничтожное количество света, но звезд много, и все вместе они дают вполне ощутимое освещение.
Астрономы с давних времен занимались изучением яркости звезд. Все видимые глазом звезды, в соответствии с их яркостью, были разделены на шесть классов, или, как выражаются астрономы, величин. Самые яркие звезды считаются звездами первой величины, менее яркие относят ко второй величине, более слабые - к третьей величине. Наиболее слабые звезды, которые зоркий глаз различает в очень темную ночь, будут звезды шестой величины. Эти величины подобраны так, что типичная звезда первой величины приблизительно в 2,5 раза ярче звезды второй величины, звезда второй величины - в 2,5 раза светлее, чем звезда третьей величины, и т. д.
Ярких звезд на небе мало, слабых, напротив, очень много. Например, звезд первой величины насчитывается не более двух десятков, звезд второй величины - около 50, звезд третьей величины-134, а звезд шестой величины - 4800. Но это еще не все. Если на то место неба, которое для невооруженного глаза кажется совсем пустым, и лишенным всяких светил, направить телескоп, то в поле зрения непременно окажется некоторое количество звезд.
Подсчеты показывают, что в ночном освещении Земли главную роль играют совсем не те яркие звезды, которыми мы любуемся на ночном небе, а как раз недоступные глазу телескопические звезды. Миллионы этих слабейших светил густо усеивают каждый участок неба. Поэтому небесный свод нигде не бывает совсем черным: блеск громадного числа светлых точек сливается в равномерное сияние, которое входит в общую яркость ночного неба.
2. Ночные сумерки
Когда шла речь о явлениях зари и сумерек, объяснение было следующим, что свет, идущий с неба после заката или перед восходом Солнца, вызывается освещением верхних слоев воздуха лучами находящегося за горизонтом светила. Но сумеречный свет зари освещает не только Землю, но и атмосферу в той ее темной части, куда солнечные лучи не доходят. Солнечный луч, отразившийся от воздушных молекул в озаренных частях атмосферы, проникает в неосвещенную зону, попадает там на другую частицу и отражается второй раз. Оттуда он может направиться еще дальше в ночную сторону Земли и там отразиться в третий, потом в четвертый, пятый, десятый раз. Так, передаваясь от частицы к частице, лучи солнечного света путешествуют по всей атмосфере и забираются даже в самые темные уголки ночной половины вашей планеты. Оказывается, что даже в зимнюю полночь, когда Солнце спрятано за горизонтом особенно глубоко, на небе всегда остается этот слабый сумеречный свет лучей, много раз отразившихся в воздухе.
3. Лунные сумерки
Лунный свет, как и солнечный, отражаясь и рассеиваясь в воздухе, может из-за горизонта освещать Землю. Незадолго до восхода Луны край неба, где должно появиться ночное светило, заметно светлеет, и на Земле тоже становится немного светлее. Эта лунная заря, конечно, гораздо слабее "настоящей" солнечной зари, но некоторую роль в освещении ночных часов она все же играет.
4. Свечение верхних слоев воздуха
Жителям Архангельска, Мурманска, рыбакам и зимовщикам на берегах и островах Арктики - хорошо известно красивое явление полярного сияния, или сполохов. На ночном небе, на северной стороне горизонта, появляется сначала слабый зеленоватый свет. Постепенно разгораясь, он заполняет всю северную половину неба. На общем фоне тусклого света появляются яркие, быстро перемещающиеся зеленые лучи, снопы света, световые столбы. К зеленому свету примешиваются пятна малинового цвета. Возникают и пропадают красивые разноцветные арки и дуги. Вся эта легкая световая картина все время находится в движении, мигает, переливается нежными перламутровыми оттенками.
При полярных сияниях Земля освещается настолько ярко, что различные предметы становятся хорошо видны. Поэтому свет сполохов играет большую роль в освещении долгих морозных полярных ночей.
По мере удаления от Полярного круга, например, на широте Санкт-Петербурга и Москвы, полярные сияния бывают не так часто. Чем дальше к югу, тем реже удается увидеть это зрелище; например, в Санкт-Петербурге его можно видеть лишь несколько раз в году, на широте Киева - раз за несколько лет, а на южных окраинах в Закавказье и Средней Азии полярное сияние величайшая редкость. В тропическом поясе Земли его совсем не бывает, но в южных полярных странах, в Антарктике, сияния так же часты, как и на Дальнем Севере.
Установлено, что полярные сияния развертываются высоко над Землей, в сильно разреженных слоях земной атмосферы. Под действием электрических явлений слои воздуха на высоте от 80 до 1100 км начинают светиться - люминесцировать, вследствие чего на ночном небе появляются световые столбы и пятна.
Что тут дело заключается именно в свечении газов, а не в отражении лучей светил, доказывают наблюдения, выполненные посредством спектроскопа. Напомним, что если в спектроскоп направить обыкновенный дневной свет или лучи Солнца, то в нем будет видна пестрая радуга, называемая спектром. В этой полосе яркие насыщенные цвета будут плавно переходить один в другой, образуя непрерывную разноцветную ленту. Такой спектр называется непрерывным. Та же картина получится, если мы направим спектроскоп на ясное небо или на какой-нибудь предмет, освещенный Солнцем. Это и понятно, поскольку тут мы будем иметь дело все с тем же отраженным солнечным светом. Естественно, что сумеречный свет, а также и свет Луны имеют такой же спектр, поскольку это лишь отражение солнечных лучей. Таким же будет и спектр света звезд, так как звезды не что иное, как далекие солнца. Но спектр полярных сияний - совсем другое дело. Там вместо непрерывной радужной полоски спектроскоп показывает ряд узких цветных линий на черном фоне. Такой спектр характерен для свечения разреженных газов. Например, ряды блестящих линий мы увидим, если направим спектроскоп на газосветные трубки, которыми пользуются для вывесок и реклам в наших городах.
Полярное сияние - световое явление, которое наблюдается далеко не везде и не всегда, однако систематические наблюдения посредством очень светосильных спектроскопов обнаруживают, что в свете ночного неба всегда можно заметить отдельные блестящие линии. Это означает, что в высоких слоях атмосферы всегда и всюду происходит слабое свечение. Это свечение можно обнаружить не только в дни сияний, но и в любой день; не только на северной стороне горизонта, но и по всему небу; не только в высоких широтах Арктики или прилегающих стран, но и по всему земному шару, включая жаркий экваториальный пояс.
Явление постоянного свечения воздуха до некоторой степени сродни полярным сияниям, однако оно не совпадает с ними и, будучи обусловлено другими физическими процессами, дает в спектре другие линии. Интенсивность этого свечения подвержена изо дня в день довольно значительным колебаниям, а это заметно отражается и на силе ночной освещенности.
5. Свет земных огней, рассеянный в атмосфере или отраженный облаками
Всем известно явление зарева - отражение света в небе, которое наблюдается над ярко освещенными городами и заводами. Его отблеск бывает виден на огромном расстоянии, что позволяет определять направление на крупные населенные пункты. Отраженный в небе свет может давать освещение Земли в местах, довольно отдаленных от самих источников света. Например, зарево над большими городами при облачном небе дает столько света, что даже на расстоянии 10-15 км от города становится заметно светлее. В ясную погоду, когда над городом нет сильно отражающего лучи облачного экрана, зарево бывает много слабее..
К чему же сводится общий эффект всех источников ночного освещения? Если отбросить временные или местные явления, вроде полярных сияний, зарева и лунных сумерек, то основных источников ночного света остается три: звезды, ночные сумерки и свечение воздуха. Их роль в освещении Земли меняется в зависимости от часа, сезона и места, но в среднем можно принять, что около 20% ночного света исходит от звезд, такая же доля приходится на ночные сумерки, а свечение воздушных слоев дает остальные 60%. Общий итог всех этих источников составляет около 1/1000 люкса. В ясную погоду этого уровня освещение достигает с окончанием астрономических сумерек и остается на нем в течение всей ночи. Впрочем, ночью иногда наблюдаются неправильные колебания освещенности, которая может внезапно повышаться в два-три раза и более. Повидимому, это связано с колебаниями свечения атмосферы. Появление облаков обычно сопровождается уменьшением ночного света, особенно летом, когда нет снега. Самые темные ночи бывают в пасмурную погоду, когда небо покрыто плотными облаками. В этом случае освещенность может опускаться до 1/10000 люкса и даже ниже.
