Фото с Марса - фейк? Какой же там цвет неба - красный или голубой? Разбираемся!

Наука и космонавтика

Добрый день, дорогие друзья. Вопросы о цвете марсианского неба периодически звучат в комментариях. И в основном возмущенный народ твердит о том, что "все это фейк".

Заглянул в разные онлайн источники и увидел, что разнообразие ответов от чисто научных до тех, что в стиле "теории заговора" может реально сломать мозг. А хотелось бы иметь ясную картину, правда?

Начнем, как многие советуют "с себя", то есть с Земли. Вспомним, почему наше-то небо голубое? И почему закаты красные?

1. Рассеяние

Голубой цвет нашего неба пытался объяснить еще Леонардо да Винчи. Но впервые описал верную (в целом) картину британский физик Джон Релей в конце 19 века. Согласно его теории, в атмосфере солнечный свет рассеивается не одинаково. Интенсивность рассеяния пропорциональна длине волны в минус 4-й степени. То есть, чем меньше длина волны, тем степень рассеяния больше. Если изобразить это очень примитивно, то это можно сделать такой картинкой:

Желтый и красный цвета проходят "прямо" через атмосферу, а синие, голубые и фиолетовые лучи как бы "летят" по хаотичной траектории, рассеиваясь на молекулах, а также отражаясь от частичек, взвешенных в воздухе, пока не достигают поверхности и наших глаз. :) Именно голубые, синие и фиолетовые лучи обладают наименьшей длиной волны, поэтому интенсивность их рассеяния - максимальная. Вот иллюстрация из Википедии:

Однако позже оказалось, что эта теория не совсем верна. И рассеяние происходит не на самих молекулах, а на флуктуациях плотности (неоднородностях) и взвешенных частичках других веществ. Строгую теорию создали и развили Л. И. Мандельштам, М. Смолуховский и А. Эйнштейн. Любая атмосфера замутнена, поскольку в ней содаржатся небольшие частицы размерами от 1 нанометра. Как бы то ни было, сильнее всего рассеиваются и окрашивают небо именно голубые и синие лучи.

А что происходит на закате? Солнечным лучам приходится преодолевать гораздо большее расстояние, поэтому рассеиваются достаточно сильно и зеленые и желтые лучи, и область вокруг Солнца, и сам солнечный диск окрашиваются в красно-оранжевые оттенки.

2. Марс

Говоря о Марсе, начнем с истории. Марс всегда ассоциировался с красным цветом. Еще со времен древних астрономов. Поэтому еще до полета туда аппаратов бытовало мнение, что атмосфера на Марсе обязательно красная, как и сама планета.

Когда в 2004 году, если не ошибаюсь, НАСА опубликовало фото платформы марсохода Spirit, оказалось, что есть к чему на нем придраться.

Ибо цвет самой эмблемы выглядел неестественно, как будто на фото наложили какой-то рыжий фильтр. Тут же конспирологи заявили, что никто никуда не летал, а все нарисовано в фотошопе.

Сейчас у нас тысячи снимков Красной планеты, сделанные разными аппаратами. Причем, что самое забавное, даже на официальном сайте НАСА то планета красноватая, как и небо, то все желтое с зеленоватыми оттенками, то небо вообще голубое, как на Земле!

Сторонники теории заговора повторяют две противоположные версии.

1) Все съемки делают на Земле. Никто никуда не летает. Просто где-то ученые схалтурили и забыли наложить фильтр.
2) На самом деле на Марсе голубое небо, а нам врут (по разным причинам), лишь бы скрыть правду, и раскрашивают все снимки с помощью фотошопа в красноватый цвет.

Зачем скрывают голубой цвет, если он такой там на самом деле? Чтобы не было сомнений, что долетели до Марса? В общем, в их теориях можно полностью запутаться.

А на деле все проще.

Когда делают цифровые фотографии на Марсе, они создают отдельно фотографии разных каналов цветов. Технология чем-то похожа на то, что делается в смартфонах, где свет проходит через фильтр Байера с тремя цветами - красным, синим и зеленым. И фактически пиксель хранит информацию об интенвивности излучения, полученного через соответствующий (например, зеленый) фильтр, то есть об интенсивности зеленого цвета в общем спектре в данной точке фотографии. То же с другими цветами.

Именно такие фотографии передают на Землю. А уже на Земле накладывают три снимка один на другой, возвращая цветность и выравнивая итоговые цвета. На самом деле в инструментарии астрономов есть и большее количество фильтров для разных целей, включая возможность выделить те цвета, которые невидимы глазу - инфракрасный и ультрафиолетовый. И в зависимости от целей исследования, один и тот же объект снимают через разные фильтры:

Так вот, снимок НАСА 2004 года был сделан с применением не красного, а инфракрасного фильтра, и при наложении получилось то, что получилось. Об этом и написано под снимком на официальном сайте НАСА. Но конспирологи этого, видимо, не читают. Вот ссылка на эту страничку >>

Если же говорить о самых ранних снимках, то, например, Вадим Чернобров, астроном, на славянском радио, говорит, что при создании первых цветных снимков из "фильтрованных" изображений, астрономы несколько усиливали баланс в сторону красного, так как считали, что именно таким должен быть "правильный" цвет. А в реальности цвет неба, да и самого Марса не настолько красный и может быть гораздо ближе к земному.

Еще один момент. Когда делаются снимки Марса, порой их цель дать геологам информацию для анализа, и тогда баланс цветов "выкручивают" так, чтобы они выглядели, будто они сделаны на Земле. Отсюда и получаются "земные" марсианские фото.

Итак, марсианский фотоаппарат снимает отдельно разные каналы. Основа - это RGB-модель с красным (red), зеленым (green) и синим (blue) цветами. Астрономы-популяризаторы часто говорят, что снимок каждого сайта фактически выглядит как черно-белый, где каждый пиксель несет информацию об интенсивности соответствующего цвета.

Обратите внимание: Сколько по времени лететь человеку до Марса с Земли.

Вот как раскладывается одна из фотографий по RGB-сайтам в обычном фотошопе (слева - совмещенные каналы в цветном изображении):

Вот еще пример из сети разложенного на каналы изображения:

И варианты его различных настроек:

Мы еще вернемся к этой теме, но прежде посмотрим на еще одно совершенно верное возражение, связанное с плотностью марсианской атмосферы. Она ведь очень разреженная, верно?

Итак, плотность атмосферы у поверхности Марса равна плотности атмосферы Земли примерно на высоте 35 километров. А какое там небо? Стратонавты в прошлом и пилоты истребителей говорят о том, что небо там уже глубоко синее и почти черное, поскольку вся атмосфера осталась "внизу" и ничто не рассеивает голубой цвет.

И вот поэтому на Марсе, раз там такая низкая плотность, атмосфера тоже должна быть совершенно невидимой, и небо должно казаться черным. Логично? Да. Но для Земли, а не Марса!

Давайте посмотрим на график плотности земной и марсианской атмосферы.

Это совмещенная приблизительная диаграмма из разных источников. Источники здесь, здесь и здесь. Вследствие более мощного солнечного ветра, а также присутствия в земной атмосфере легких газов, после высоты 80-100 км земная атмосфера становится несколько менее плотной, чем марсианская. Солнечный ветер на орбите Марса в 2,3 раза слабее, плюс углекислый газ, составляющий его атмосферу в 1,5 раза тяжелее воздуха. Вероятно, вследствие этого плотность на большой высоте убывает также, как земная и даже медленнее. В этом смысле не совсем корректно сравнивать марсианскую атмосферу у поверхности и земную на высоте 35 км.

Но есть еще более важный момент для понимания цвета марсианского неба. Это - пыль. Как ни банально это звучит. Пыль Марса состоит из окислов железа, а они красноваотого цвета. Размер ее частичек - микрометры. Из-за низкой гравитации, пыль, которую подняли на высоты до 50 км пыльные бури, висит в атмосфере практически постоянно. Она влияет и на рассеяние солнечного света.

Когда в атмосфере "нормальное" или среднее количество пыли, в марсианский день флуктуации плотности газов и частички пыли также рассеивают голубые и синие лучи в большей степени, чем все более "длинные" - зеленые, желтые и красные. Но все же атмосфера разреженная и пыль в меньшей мере способствует такому эффекту, нежели плотная атмосфера Земли. Поэтому в зените (над головой) небо будет более темным, чем на земле, и по оттенку может быть синим или голубым. А ближе к горизонту эффект рассеяния с одной стороны проявляется сильнее, но также сильнее и эффект отражения солнечного света от красноватых частичек пыли. Мы помним, что красный цвет связан с разными частотами отражения и поглощения. То есть чем дальше от зенита, тем в большей степени будет и поглощаться синий и, одновременно, отражаться красноватый. Так что ближе к горизонту небо может быть как серо-синим, так и желтоватым, и даже красноватым.

Этот эффект релеевского рассеяния можно хорошо видеть в закатные часы на Марсе. Например, здесь:

Дело в том, что при прохождении через более толстый слой атмосферы на закате, рассеяние голубого получается более явным. А выше - снова цвет неба более серый.

Подобное рассеяние можно наблюдать и в опыте, который можно провести в домашних условиях. Налейте в прозрачную емкость воду и долейте немного молока, чтобы его концентрация была малой. Тогда взвешенные частички жира создают те самые неоднородности. И когда вы посветите в эту емкость фонариком белого цвета, то ближе к источнику свет будет голубым, а дельше - желтоватым.

Опыт с раствором молока. Справа - источник. Слева цвет желтеет.

То есть энергия голубого света рассеивается в первую очередь, а дальше проникает и рассеивается свет других цветов спектра.

А если на Марсе очень долгое время отсутствуют пыль, то атмосфера становится прозрачной и только у горизонта в полдень небо может быть серо-желтым, а в зените - сине-черным. Но такое бывает, похоже, крайне редко.

Важный момент понимания нашего восприятия окружающей реальности связан с тем, как глаз и мозг человека "считывают" окружающий мир. Оба органа способны к подстройке. Мы можем считать, что фото данной марсианской территории должно быть воспринято глазом так-то и так-то. Но реальную проверку мы сможем сделать только тогда, когда человек окажется на Марсе, увидит все своими глазами и "докалибрует" фотографические изображения.

Да, не могу не поделиться еще одним интересным явлением. На Марсе порой можно наблюдать перламутровые облака, когда на большой высоте свет рассеивается на кристалликах углекислотного льда.

Перламутровые облака

Красиво, правда? Возможно, подобные облака - главная достопримечательность марсианского неба. :)

Итак, важные выводы:

Основной цвет неба на Красной планете, в большей степени серо-желтоватый, поскольку этот оттенок создается взвешенной пылью. Но можно наблюдать очень разные варианты оттенков.
В зените в полдень небо на Марсе часто может иметь и серо-голубой оттенок в области около Солнца, а чем дальше от светила, тем оттенок меняется на серый, затем на желтоватый или красноватый.
При большом количестве пыли в атмосфере небо окрашивается в ее цвет - охристый или рыжеватый - причем эти цвета более насыщены.
При малом количестве пыли небо в зените может стать сине-черным, а ниже к горизонту - серым, серо-голубоватым, серо-желтоватым.
В зависимости от соотношения концентрации пыли и льда, небо может быть даже в большей мере голубым, похожим на земное.

А если подумать о нашем небе, то ведь оно тоже очень разное. То бело-серое, то глубоко синее, то серо-голубое, то красноватое, то фиолетовое в тропиках на закате. И, хотя атмосфера на Марсе более разреженная, даже там можно наблюдать небо разных оттенков. Почему мы думаем, ни разу там не побывав, что небо должно быть только какого-то одного цвета? Так и наш аборигент из заполярья может не верить, что в тропиках небо бывает ярко фиолетовым. А на самом деле в южных широтах это вполне обычно. И наоборот, тропический житель может сомневаться в полярных сияниях, хотя в северных широтах они в порядке вещей.

А теперь подборка нескольких фотографий, которые показывают Марс с разных сторон :)