Dlaczego gwiazdy migoczą? Wpływ atmosfery na światło
Gdy patrzysz w bezchmurną noc na gwiazdy, widzisz, że drżą i zmieniają blask, a czasem także barwę. Nie jest to jednak cecha samych gwiazd, lecz efekt podróży światła przez atmosferę Ziemi. Wyjaśniamy, jak to działa i jak odróżnić gwiazdę od planety na niebie.
Światło, które przebyło długą drogę
Gwiazdy są od nas tak daleko, że nawet przez duży teleskop wyglądają jak punkty, a nie tarcze. Ich światło biegnie przez próżnię kosmosu w prostej linii, bez zakłóceń. Dopiero tuż przed dotarciem do twoich oczu wchodzi w atmosferę i tam zaczynają się problemy.
Atmosfera to warstwa gazów o grubości setek kilometrów. Przejście przez nią to ostatni, ale najbardziej wpływowy etap podróży, jeśli chodzi o to, jak gwiazdę zobaczymy.
Na czym polega migotanie
Powietrze nie jest jednolite. Ma warstwy i wiry o różnej temperaturze i gęstości, a od tego zależy, jak mocno zagina się przechodzące światło. Zjawisko to nazywamy załamaniem światła (refrakcją). Ciepłe i zimne masy powietrza nieustannie się mieszają, więc kierunek, w którym promień się zagina, zmienia się wiele razy na sekundę.
Dla obserwatora wygląda to tak, jakby gwiazda lekko przeskakiwała w miejscu i na przemian jaśniała oraz przygasała. Ponieważ światło o różnych barwach załamuje się odrobinę inaczej, jasne gwiazdy znajdujące się nisko nad horyzontem potrafią też błyskać różnymi kolorami: na czerwono, niebiesko czy zielono.
Wszystko to sprawia, że naukowcy nazywają to zjawisko scyntylacją. Obraz gwiazdy jest ciągle zniekształcany przez ruch powietrza, który nie ustaje.
Dlaczego planety migoczą mniej
Jest prosta metoda, by odróżnić planetę od gwiazdy. Planety w naszym Układzie Słonecznym są znacznie bliżej, więc przez teleskop widać je jako maleńkie tarcze, a nie punkty. Gołym okiem nadal wyglądają jak punkty, ale ich światło pochodzi z wielu bliskich sobie punktów tarczy jednocześnie. Zaburzenia powietrza zwykle uśredniają się i blask wydaje się spokojniejszy.
Dlatego bardzo często obowiązuje reguła: gwiazdy migoczą, planety świecą stabilniej. To tylko reguła orientacyjna. Przy bardzo niespokojnym powietrzu także planety mogą lekko drżeć, zwłaszcza tuż nad horyzontem.
Kiedy migotanie jest silniejsze, a kiedy słabsze
Nasilenie zjawiska zależy od warunków. Warto zwrócić uwagę na kilka czynników:
- Wysokość nad horyzontem – tuż nad horyzontem światło przechodzi przez znacznie grubszą warstwę powietrza, więc migotanie jest mocniejsze niż przy gwiazdach w zenicie, czyli wysoko nad głową.
- Pogoda – silny wiatr, szybkie zmiany temperatury czy przechodzący front atmosferyczny nasilają turbulencje.
- Ciepło z budynków i ulic – w mieście powietrze nad dachami i asfaltem bywa mocno rozgrzane i niespokojne.
- Wysokość miejsca obserwacji – w górach masa powietrza nad głową jest mniejsza, więc obraz bywa spokojniejszy.
Astronomowie określają jakość spokoju powietrza słowem seeing. Przy dobrym seeingu obraz jest ostry, przy złym – rozmyty i drżący. Obserwatorie często buduje się na szczytach gór właśnie po to, żeby zmniejszyć wpływ atmosfery.
Jak obserwować i co z tego wynika
Zjawisko możesz łatwo sprawdzić sam, bez sprzętu. Kilka prostych wskazówek:
- Wybierz pogodną noc i poszukaj bardzo jasnej gwiazdy nisko nad horyzontem. Zobaczysz najsilniejsze zmiany blasku i barwy.
- Porównaj ją z gwiazdą wysoko na niebie. Ta druga zwykle drży słabiej.
- Znajdź jasny punkt, który świeci spokojniej niż reszta. Jeśli nie zmienia pozycji względem gwiazd w ciągu jednej nocy, ale zmienia ją w ciągu tygodni, może to być planeta. Warto potwierdzić w aplikacji lub kalendarzu astronomicznym.
- Obserwuj kilka nocy z rzędu i notuj, kiedy migotanie jest mocne, a kiedy słabsze. Zobaczysz związek z pogodą.
Z migotaniem walczą też naukowcy. Wielkie teleskopy naziemne stosują technikę zwaną optyką adaptywną, która na bieżąco koryguje zniekształcenia obrazu. Inne teleskopy umieszcza się na orbicie, ponad atmosferą. Dzięki temu obrazy są ostrzejsze, niż pozwala na to powierzchnia Ziemi.
Następnym razem, gdy zobaczysz mrugającą gwiazdę, pamiętaj, że oglądasz nie jej kaprys, lecz ślad ostatnich kilkudziesięciu kilometrów drogi światła przez nasze powietrze.