Мерцание звёзд — случайные изменения света звёзд, обусловленные, главным образом, турбулентностью атмосферы — аномальной атмосферной рефракцией.
Амплитуда изменений блеска во время мерцания очень зависит от состояния атмосферы и увеличивается с ростом зенитного расстояния. Вблизи горизонта изменения блеска могут достигать одной звездной величины, иногда и больше. Также вблизи горизонта типичным является цветное мерцание, то есть изменение цвета звезды, для ярких звезд заметно даже невооруженным глазом. Частота мерцания лежит в диапазоне от одного герца до сотен герц, но наибольшие амплитуды характерны для узкого диапазона 3—15 Гц.
Во время телескопических наблюдений с большими объективами эффект сглаживается, но остается существенным препятствием для точных астрометрических наблюдений.
Следует заметить, что мерцание касается именно звёзд. Планеты не склонны к мерцанию. Это обусловлено тем, что угловой размер планетных дисков хоть и не различается невооруженным глазом, однако намного больше, чем отдаленных звёзд: последние выглядят как точки даже в самых мощных астрономических инструментах. Поэтому когда яркость одних частей планетного диска усиливается мерцанием, яркость других слабеет, и общий блеск планеты остается почти постоянным.
Довольно часто звезды на небе заметно мерцают — вспыхивают, дрожат, быстро меняют яркость. Хотя мерцание звезд мешает проведению качественных астрономических наблюдений, благодаря этому явлению ночное небо кажется живым и близким.
Особенно заметно мерцание звезд в ветреные и морозные ночи, а летом сильное мерцание указывает на приближение сильного циклона. Зимой нередко звезды вдобавок переливаются разными цветами, подобно драгоценным камням на свету. Это относится прежде всего к звездам, находящимся невысоко над горизонтом. Так, ярчайшая звезда ночного неба, Сириус, мерцает и переливается разными цветами почти всегда, привлекая к себе повышенное внимание.
Даже самые красивые фотографии ночного неба не могут передать мерцание звезд. Фото: Руслан Мерзляков
В чем причина подобных явлений?
Мерцание и переливание звезд разными цветами — это не свойства, присущие самим звездам, а явления, порождаемые земной атмосферой. Воздушная оболочка нашей планеты неспокойна: массы воздуха находятся в постоянном движении — поднимаются и опускаются, сдвигаются в разные стороны. Кроме того, они имеют разную температуру и плотность в зависимости от высоты над поверхностью Земли, атмосферных течений и еще множества факторов. Как результат, в атмосфере образуются воздушные линзы и призмы, преломляющие и отклоняющие проходящий через них свет далеких небесных светил.
Но ведь это всего лишь воздух, можете возразить вы. Как он может играть роль призмы или линзы?
Свету все равно, что перед ним — твердый материал, воздух или жидкость. Свет неизбежно преломляется на границе двух сред, имеющих разную плотность. Чем больше разница в плотности, тем заметнее преломляется свет. Классические примеры — призма или стакан с водой. Ложка, стоящая в стакане, кажется надломленной из-за преломления света на границе воздуха и воды.
Так как воздушные массы в атмосфере имеют разную плотность в зависимости от высоты, течений, образующихся то тут то там ячеек Хэдли и других факторов, то они сами по себе способны играть роль таких призм и линз, пусть и довольно слабых. Когда свет звезды проходит через линзу, он приходит к нам усиленным, когда отклоняется — приходит ослабленным. Это быстрое колебание света мы и называем мерцанием.
Почему звезды мерцают и переливаются разными цветами. Источник: Natskies Observatory
Что касается переливания звезд разными цветами, то и здесь причиной является циркуляция воздуха в атмосфере. На примере обычной призмы видно, что свет разной длины волны искривляется по-разному. То же происходит и со светом звезды, когда он проходит сквозь воздушные призмы. Но до нас доходит то один цвет, то другой, то третий. Если фотографировать такую дрожащую и мерцающую разными цветами звезду очень короткими экспозициями, то на фотографиях мы увидим буквально всю палитру цветов!
Звезды мерцают гораздо сильнее у горизонта, чем в зените, поскольку их свет проходит через большую толщу воздуха. Рисунок: Bob King / Большая Вселенная
Нам осталось лишь объяснить, почему звезды, расположенные низко над горизонтом, мерцают и переливаются разными цветами гораздо сильнее, чем звезды вблизи зенита. Объяснение на удивление просто: прежде чем дойти до наших глаз, свет от низко расположенных звезд проходит через бо́льшую толщу атмосферы! Соответственно, и искажается он гораздо сильнее.
А в космосе звезды тоже дрожат и мерцают? Конечно, нет! Летая по орбите вокруг Земли за пределами плотных слоев атмосферы, космонавты наблюдают ровный и спокойный свет звезд.
Одна из гипотез состояла в том, что звезду затмевает облако пыли. Но эту версию пришлось отбросить.
Учёные обнаружили звезду, поведение которой поставило их в тупик. Её "затмения" не могут быть вызваны планетами, астероидами, космической пылью… Что же, в таком случае, с ней происходит? У специалистов пока нет ответа на этот вопрос.
Наблюдения странного светила и попытки объяснения результатов описаны в научной статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society международной группой исследователей.
Речь идёт о двойной звезде EPIC 249706694, расположенной в 350 световых годах от Земли.
Космический телескоп Kepler во время своей миссии K2 наблюдал этот объект 87 дней. За это время он обнаружил 28 падений его яркости. Все они, кроме двух, составили 200 ± 80 миллионных долей нормального блеска звезды.
Такие потускнения часто служат признаком существования у звезды планет. Когда планета проходит между светилом и наблюдателем, она затмевает собой часть света звезды. Собственно, именно так и открывал планеты "Кеплер".
Однако в этом случае затмения должны следовать друг за другом через равные промежутки времени. Ведь планета возвращается в одну и ту же точку орбиты каждый раз ровно через "год".
Между тем эти 28 событий выглядели так, как будто промежутки между ними определял генератор случайных чисел. Как показали авторы, не более четырёх "затемнений" могли бы быть элементами периодической последовательности.
Даже если в движении участвовало несколько планет, и часть из них распадалась, испуская облака пыли, в падениях блеска должна была наблюдаться периодичность.
По тем же причинам была отброшена гипотеза, что речь идёт о пыли протопланетного диска. Кроме того, система EPIC 249706694 слишком стара, чтобы в этом диске осталось так много вещества.
Возможно, речь идёт об испускающих пыль астероидах, не имеющих стабильных орбит? Это объясняло бы случайность временных интервалов. Но совершенно невероятно, чтобы все эти астероиды обеспечивали почти одинаковую степень падения яркости.
Таким образом, все сценарии, объясняющие падения яркости тем или иным затмевающим объектом, провалились. Между тем, по расчётам авторов, эти потускнения не являются и ошибкой измерений.
Единственная гипотеза, которая на сегодняшний день остаётся у астрономов, связана с тем, что тускнеет сама звезда. Возможно, на ней появляются короткоживущие пятна. Но специалисты пока не готовы предложить обоснованный и реалистичный сценарий, объясняющий такие изменения блеска.