Небо — пространство над поверхностью Земли или любого другого астрономического объекта. В общем случае — панорама, открывающаяся при взгляде с этого объекта в направлении космоса.
Земное небо Вид земного неба зависит от времени суток, времени года и основной погоды. На нём часто видны облака и спутник Земли — Луна. Вид земного неба из самолёта, летящего над дождевыми облаками, может существенно отличаться от его вида в это время с земной поверхности.
Безоблачные дневные небеса окрашены в голубой цвет. Во время восхода и заката Солнца на небе появляются оттенки жёлтого, оранжевого и красного цветов, а изредка можно увидеть и зелёный луч.
Ночью голубой и синий цвет неба сменяется тёмно-синим, см. далее. Могут быть отчётливо видны Луна, звёзды, и прочие астрономические объекты. Звёздное небо — совокупность светил, видимых ночью или в сумерках на небесном своде.
Безоблачное дневное небо выглядит синим, потому что воздух, а точнее взвешенные частицы и флуктуации плотности в нём, рассеивают коротковолновый (синий) свет сильнее длинноволнового (красного). Благодаря этому, если посмотреть на участок небес вне солнца, мы увидим голубой цвет — результат смешения большого количества синего и фиолетового цвета и малого количества других цветов. Рассеянием света объясняется и красный цвет заката. Во время заката и рассвета световая волна проходит гораздо больший путь в атмосфере по касательной к земной поверхности, нежели днём по вертикали. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света уходит в стороны, в то время как прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небеса вблизи горизонта, окрашиваются в красные тона.
Рассеяние и поглощение — это главные причины затухания света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает Рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния обратно пропорционален четвёртой степени длины волны. При больших значениях отношения диаметра частицы к длине волны рассеяние меняется согласно теории Ми; когда же это отношение больше 10, начинают работать законы геометрической оптики.
В представлениях древних, небо и земля (у древних греков — Уран и Гея, у древних египтян — Нут и Геб) являлись прародителями богов и стихий.
Цвет и яркость неба в разных условиях Яркость неба в зависимости от времени суток, высоты, направления, положения Солнца, влажности, содержания пыли и аэрозолей, подвержена значительным колебаниям. Яркость дневного неба на одной высоте, обусловленная только рассеянием света, может меняться почти на два порядкаHughes J.V., Sky Brightness as a Function of Altitude // Applied Optics, 1964,vol. 3, N 10, p. 1135—1138.. Приведём некоторые значения яркости на уровне моря. Яркость неба на уровне моряВысотаВидимая яркостьПояснение☉до 20 000 кд/м²Чистое небо у горизонта при высоте Солнца 30° и прозрачности атмосферы p = 0,8010 000 кд/м²Дневное небо покрыто светлыми облаками☉8120 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 60° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64Смеркалов В. А. Спектральная яркость рассеянного излучения земной атмосферы (метод, расчёты, таблицы) // Труды Краснознамённой ордена Ленина Военно-воздушной академии им. проф. Жуковского Н. Е. Вып. 986, 1962. — С. 49☉5170 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 60° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74☉3080 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и пониженной прозрачности атмосферы p = 0,64☉2270 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и средней прозрачности атмосферы p = 0,74☉1490 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 30° и повышенной прозрачности атмосферы p = 0,83☉790 кд/м²Чистое небо в зените при высоте ☉ 10° и прозрачности атмосферы p = 0,80☉ок. 1 кд/м²Небо во время полного солнечного затмения (затмение 2008 года)ок. 0,005 кд/м²Небо в полнолуниеTousey R., Koomen M.J. The Visibility of Stars and Planets During Twilight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 43, N 3, 1953, pp 177—1830,01—0,0001 кд/м²Ночное тёмно-синее небо С высотой яркость неба снижается, цвет его с поднятием смещается от голубого к синему, а затем к фиолетовому цвету. Это объясняется последовательностью рассеяния света толщей атмосферы по спектру от коротковолнового излучения к длинноволновому, то есть верхние слои атмосферы рассеивают невидимые УФ-лучи, пониже рассеиваются фиолетовые лучи, ещё ниже синие и затем голубые лучиСмеркалов В.А. Спектральная яркость рассеянного излучения земной атмосферы (метод, расчёты, таблицы) // Труды Краснознамённой ордена Ленина Военно-воздушной академии им. проф. Жуковского Н.Е. Вып. 986, 1962. — С. 25. Если бы наша атмосфера была потолще, то безоблачное дневное небо могло быть белёсым с зеленоватым оттенком, ещё толще — жёлтым, оранжевым (как как на спутнике Сатурна Титане и на Венере, см. Внеземные небеса) и красным. Эти оттенки можно видеть во время зари, как сказано выше.
Если небо покрыто облаками, тучами, дымкой, туманом и другими явлениями, то с высотой яркость в целом падает неравномерно, ступенчато, на отдельных участках может возрастать, например на выходе из тучи или пылевой бури. Чистое небо уменьшает свою яркость более плавно, почти экспоненциальноH.A. Miley, E.H. Cullington, J.F. Bedinger Day‐sky brightness measured by rocketborne photoelectric photometers // Eos, Transactions American Geophysical Union, 1953, Vol. 34, 680–694. До высот 100—110 км яркость падает примерно в 2 раза на 4—5 кмHughes J.V., Sky Brightness as a Function of Altitude // Applied Optics, 1964, vol. 3, N 10, p. 1135—1138, свыше 100 км снижение яркости замедляется и всё больше зависит от люминесцентного свечения атомов в ионосфере.
Известно, что бывавшие в стратосфере люди описывают небо как очень тёмное, почти космическое, с удивлением не обнаруживая на нём звёздТомсон К. Полёт стратостата "ОАХ" // Техника — молодёжи. №3, 1934. — С. 17—23. Швейцарский учёный Огюст Пиккар в начале 1930-х годов рассчитывал увидеть звёзды уже при подъёме на 15—16 кмТруды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 244. После полётов на стратостате FNRS-1 он сделал вывод, что крупные звёзды могут быть видны на высотах не менее 20—25 км, но и эти высоты недостаточны. Проведённые позже измерения и расчёты показали, что истинная яркость дневного стратосферного неба соответствует довольно светлым ранним сумеркам и полному солнечному затмению, видимость первых звёзд невооружённым глазом сдвигается ближе к мезосфере. Тем не менее до сих пор в развлекательной литературе и в научных источниках имеются утверждения о полноценном ночном небе днём на высотах 20—30 км с возможностью ориентироваться там по звёздамШирокорад А. Крылатые ракеты подводных лодок // Авиация и космонавтика, № 10, 1995. — С. 45. Воспоминания Героя Советского Союза, полковника Е. Н. Андреева, совершившего вместе с П. И. Долговым прыжок из стратосферы с высоты 25 458 м: «Перевернулся на спину, чтобы теплоотдача была меньше, и — вперёд! Поразило небо густого чернильного цвета и звезды — близко-близко. Покосился через плечо вниз, а там голубизна, ярко-оранжевое солнце... Красотища!».
Наблюдаемая и фотографируемая темнота зенита в стратосфере обусловлена резким контрастом его с Солнцем, небом у горизонта и освещёнными поверхностями шара с кабинойКастров В. Рассеяние света и проблема стратосферы // Труды всесоюзной конференции по изучению стратосферы. Л.-М., 1935. — С. 169—175, 255., а также пониженной чувствительностью человеческих глаз к синему и фиолетовому свету в дневных условиях. Сложности полёта и кислородное голодание могут ещё понизить восприимчивость глаз к свету. В сумерках же чувствительность к синему свету увеличивается (эффект Пуркинье) и у человека есть много времени привыкнуть к снижению освещённости и увидеть цвет неба.
Подобный эффект тёмного неба и кажущейся близости космоса можно наблюдать и сфотографировать на самолёте, в горах, а иногда и на уровне моря при высокой прозрачности воздуха, когда синий цвет неба «забивается» очень ярким отражённым свечением облаков, заснеженных горных склонов и застеклённых зданий.
В начале 1950-х годов существовало обратное преувеличение яркости высотного неба из-за несовершенных ракет с измерительными приборами и отсутствия возможности опровергнуть это прямыми наблюдениями. Тогда считалось, что после 35—40 км яркость неба перестаёт снижаться и до 135 км составляет 1—3% от наземной или примерно в 10 тысяч раз больше ночного фона, что объяснялось мощным дневным люминесцентным свечением верхних слоёв атмосферы. В дальнейшем это не подтвердилось.
В следующей таблице приведены убывающие с высотой средние значения яркости безоблачного неба в зените при положении Солнца 30—35 градусов над горизонтом. Показано сравнение вида неба с сумерками, которое имеет место в научной литературе. В сумерки Солнце погружается на определённый угол за горизонт, небо как при взлёте темнеет и постепенно появляются всё менее яркие звёзды. Однако надо заметить, что даже в хороших условиях наблюдения в сумерки люди чётко видят звёзды с отставанием на 1,5 звёздные величины от указанной пороговойKoomen M.J. Visibility of Stars at High Altitude in Daylight // Journal of the Optical Society of America, Vol. 49, N 6, 1959, pp 626—629. А в условиях заатмосферного полёта, когда сильный солнечный свет и освещённая поверхность вызывают сокращение зрачков и не дают глазам переключиться на ночное зрение, дневная видимость звёзд даже на космических высотах и на Луне очень ограничена.
В дополнение указаны некоторые явления, которые своей яркостью могут помешать наблюдать звёзды не только в стратосфере, но и в мезосфере, и за линией Кармана.