Himmelens lysstyrke - Sky brightness
Himmelens lysstyrke refererer til den visuelle oppfatningen av himmelen og hvordan den sprer og diffunderer lys. At himmelen ikke er helt mørk om natten er lett synlig. Hvis lyskilder (f.eks. Månen og lysforurensning ) ble fjernet fra nattehimmelen , ville bare direkte stjernelys være synlig.
Himmelens lysstyrke varierer veldig over dagen, og den primære årsaken er også forskjellig. På dagtid , når solen er over horisonten, er direkte spredning av sollys den overveldende dominerende lyskilden. I skumringen (varigheten etter solnedgang eller før soloppgang til eller siden henholdsvis nattens mørke) er situasjonen mer komplisert, og det kreves en ytterligere differensiering.
Tusmørke (både skumring og soloppgang ) er delt inn i tre 6 ° segmenter som markerer solens posisjon under horisonten. Ved sivil skumring ser sentrum av solskiven ut til å ligge mellom 1/4 ° og 6 ° under horisonten. Ved nautisk skumring er solens høyde mellom –6 ° og –12 °. Ved astronomisk skumring er solen mellom –12 ° og –18 °. Når solens dybde er mer enn 18 °, oppnår himmelen generelt sitt maksimale mørke.
Kilder til nattehimmelens indre lysstyrke inkluderer luftglød , indirekte spredning av sollys , spredning av stjernelys og lysforurensning .
Luftglød
Da fysiker Anders Ångström undersøkte spekteret av aurora borealis , oppdaget han at selv om netter når auroraen var fraværende, var den karakteristiske grønne linjen fortsatt til stede. Først på 1920-tallet begynte forskere å identifisere og forstå utslippslinjene i nordlysene og i himmelen, og hva som forårsaket dem. Den grønne linjen Angstrom som observeres er faktisk en utslippslinje med en bølgelengde på 557,7 nm, forårsaket av rekombinasjon av oksygen i den øvre atmosfæren.
Airglow er det samlede navnet på de forskjellige prosessene i den øvre atmosfæren som resulterer i utslipp av fotoner, med drivkraften primært UV-stråling fra solen. Flere utslippslinjer er dominerende: en grønn linje fra oksygen ved 557,7 nm, en gul dublett fra natrium ved 589,0 og 589,6 nm, og røde linjer fra oksygen ved 630,0 og 636,4 nm.
Natriumutslippene kommer fra et tynt natriumlag som er omtrent 10 km tykt i en høyde på 90–100 km, over mesopausen og i ionosfærens D-lag . De røde oksygenlinjene stammer fra F-laget i omtrent 300 km høyde. De grønne oksygenutslippene er mer romlig fordelt. Hvordan natrium kommer til mesosfæriske høyder er ennå ikke godt forstått, men det antas å være en kombinasjon av oppadgående transport av havsalt og meteorittstøv .
På dagtid er utslipp av natrium og rødt oksygen dominerende og omtrent 1000 ganger så lyst som nattutslipp, fordi den øvre atmosfæren er utsatt for UV-stråling på dagtid på dagtid. Effekten er imidlertid ikke merkbar for det menneskelige øye, siden gjenskinn av direkte spredt sollys skinner ut og tilslører det.
Indirekte spredning av sollys
Indirekte spredt sollys kommer fra to retninger. Fra atmosfæren og fra verdensrommet. I det første tilfellet har solen akkurat gått ned, men lyser fortsatt den øvre atmosfæren direkte. Fordi mengden spredt sollys er proporsjonal med antall spredere (dvs. luftmolekyler) i synsfeltet, reduseres intensiteten til dette lyset raskt når solen faller lenger under horisonten og lyser mindre av atmosfæren.
Når solens høyde er <-6 ° er 99% av atmosfæren i senit i jordens skygge, og spredning av andre orden tar over. I horisonten er imidlertid 35% av atmosfæren langs synslinjen fortsatt direkte opplyst, og fortsetter å være til solen når -12 °. Fra -12 ° til -18 ° er bare de øverste delene av atmosfæren langs horisonten, rett over stedet hvor solen er, fremdeles opplyst. Etter det opphører all direkte belysning og astronomisk mørke setter inn.
En annen kilde sollys er dyrekretslyset , som er forårsaket av refleksjon og spredning av sollys på interplanetært støv. Zodiacal lys varierer ganske mye i intensitet avhengig av jordens posisjon, observatørens beliggenhet, årstid og sammensetning og fordeling av det reflekterende støvet.
Spredt lys fra utenomjordiske kilder
Ikke bare sollys spres av molekylene i luften. Starlight og det diffuse lyset fra Melkeveien er også spredt av luften, og det er funnet at stjerner opp til V-styrke 16 bidrar til det diffuse spredte stjernelyset.
Andre kilder som galakser og tåker bidrar ikke vesentlig.
Den totale lysstyrken til alle stjernene ble først målt av Burns i 1899, med et beregnet resultat at den totale lysstyrken som nådde jorden var ekvivalent med den for 2.000 stjerner i første størrelsesorden med påfølgende målinger av andre.
Lett forurensning
Lysforurensning er en stadig økende kilde til himmellysstyrke i urbaniserte områder . I tettbygde områder som ikke har streng lysforurensningskontroll, er hele nattehimmelen regelmessig 5 til 50 ganger lysere enn det ville vært hvis alle lysene ble slått av, og ofte er påvirkningen av lysforurensning langt større enn naturlige kilder ( inkludert måneskinn). Med urbanisering og lysforurensning kan ikke en tredjedel av menneskeheten, og flertallet av de i utviklede land, se Melkeveien .
Skumring
Når solen akkurat har gått ned, reduseres himmelens lysstyrke raskt, og gjør det mulig for oss å se luftglødet som er forårsaket av så høye høyder at de fremdeles er fullt solbelyst til solen faller mer enn ca 12 ° under horisonten. I løpet av denne tiden er gule utslipp fra natriumlaget og røde utslipp fra 630 nm oksygenlinjer dominerende, og bidrar til den lilla fargen som noen ganger sees under sivil og nautisk skumring.
Etter at solen også har gått ned for disse høydene på slutten av nautisk skumring, avtar lysintensiteten som kommer fra tidligere nevnte linjer, til det oksygengrønne forblir som den dominerende kilden.
Når det astronomiske mørket har kommet inn, er den grønne 557,7 nm oksygenlinjen dominerende, og atmosfærisk spredning av stjernelys oppstår.
Differensiell refraksjon får forskjellige deler av spekteret til å dominere, og produserer en gylden time og en blå time .
Relative bidrag
Følgende tabell gir de relative og absolutte bidragene til nattehimmelens lysstyrke ved senit på en perfekt mørk natt på mellombreddegrader uten måneskinn og i fravær av lysforurensning .
| Årsaken | Overflate lysstyrke [S 10 ] | Prosentdel |
|---|---|---|
| Luftglød | 145 | 65 |
| Zodiacal lys | 60 | 27 |
| Spredt stjernelys | ~ 15 | 7 |
(S 10- enheten er definert som overflatelysheten til en stjerne med V-styrke 10 og hvis lys er smurt over en kvadratgrad, eller 27,78 mag buesek. -2 .)
Den totale himmellysstyrken i senit er derfor ~ 220 S 10 eller 21,9 mag / buesekv. I V-båndet. Merk at bidragene fra Airglow og Zodiacal lys varierer med årstiden, solsyklusen og observatørens breddegrad omtrent som følger:
hvor S er solstrømmen 10,7 cm i MJy, og forskjellige sinusformet mellom 0,8 og 2,0 med den 11-årige solsyklusen, noe som gir et øvre bidrag på ~ 270 S 10 ved solmaksimum.
Intensiteten til dyrekretslys avhenger av den ekliptiske breddegrad og lengdegrad for det punktet på himmelen som observeres i forhold til solens. Ved ekliptiske lengdegrader som avviker fra solens med> 90 grader, er forholdet
hvor β er den ekliptiske breddegrad og er mindre enn 60 °, når større enn 60 grader er bidraget det som er gitt i tabellen. Langs ekliptikkplanet er det forbedringer i dyrekretslyset der det er mye lysere nær solen og med et sekundært maksimum motsatt solen i 180 graders lengdegrad ( gegenschein ).
I ekstreme tilfeller kan naturlig lysstyrke på zenithimmel være så høy som ~ 21,0 mag / buesekv., Omtrent dobbelt så lys som nominelle forhold.