Minkä värinen taivas on Marsissa?
On 21 marraskuun, 2021 by adminMeillä on paljon kuvia Marsista, mutta kaikki niistä eivät riitä vastaamaan tähän kysymykseen, sillä osa niistä on valkotasapainotettu, jotta ne tarjoaisivat paremman kontrastin ihmisen näkemistä varten. Onneksi kirjallisuudessa on joitakin mielenkiintoisia tutkimuksia, jotka käsittelevät Marsin taivaan kromaattisuutta ja tarjoavat vankkoja fysikaalisia syitä sen aspektille.
Käyttämällä Mars Exploration Rovers Spirit- ja Opportunity-matkustajissa olevaa panoraamakameraa (Pancam-instrumenttia) Bell III ja työtoverit määrittivät taivaan värin radiometrisesti kalibroiduista kuvista. Tämä tarkoittaa sitä, että kuva-arvot on muunnettu fysikaalisiksi suureiksi (eli vuoiksi tai säteilyvoimakkuudeksi) ottamalla huomioon kameran ja suodattimien spektrinen vaste, Marsin pinnalle tuleva aurinkovirta ja muut tekijät. Spirit ja Opportunity raportoivat ”sinertävän mustasta” tai ”mustasta” taivaasta pölyttömissä ilmakehissä. Suurimman osan ajasta Marsin ilmakehässä on kuitenkin paljon pölyä, joten tämä ei ole taivaan tavanomainen näkökohta.
Taivaan väri riippuu siitä, miten Auringon säteily hajoaa maata valaisevasta suorasta valonsäteestä ja myös siitä, miten ilmakehän molekyylit ja hiukkaset absorboivat sironneet ja suorat säteet. Jos esimerkiksi ilmakehää ei olisi, kuten Kuussa, taivas olisi tumma ja Aurinko keltainen. Maassa taivaan sininen väri syntyy niin sanotusta Rayleigh-sironnasta, jossa molekyylit, joiden säde on pienempi kuin säteilyn aallonpituus (noin 1/10), sirottavat tehokkaammin valoa lyhyemmillä aallonpituuksilla, ja sironnan poikkileikkaus on kääntäen verrannollinen aallonpituuden nelipotenssiin.
Tosin Marsin ilmakehä on paljon ohuempi ja molekyylisironta siten vähemmän tehokasta. Periaatteessa Marsin pöly olisi voinut toimia maanpäällisen ilmamme molekyylien roolissa sirontaan lyhyempiä aallonpituuksia tehokkaammin ja siten lopulta tuottaa sinisen taivaan ja punaiset auringonlaskut kuten Maassa. Näin olisi voinut olla, jos tällaiset hiukkaset olisivat toimineet täydellisinä hajottajina ilman absorptiota. Marsin pölyssä on kuitenkin runsaasti sinistä absorboivia rautaoksideja, jotka saavat aikaan juuri päinvastaisen vaikutuksen yksinkertaisesti poistamalla lyhyimpiä aallonpituuksia säteilysäteestä.
Kiertolaiskuvat raportoivat ”tumman kellertävän ruskeasta” taivaasta (eli ”voitaivaasta”) tavallisissa tilanteissa, joissa Marsin ilmakehässä leijuu runsaasti pölyä, mutta koska pöly voi osaltaan vaikuttaa siihen, että taivas koetaan sinisemmäksi (siroamisen avulla) tai punaisemmaksi (absorption avulla), tässä yhteydessä tarvitaan varovaisempaa selitystä. Kurt Ehlers ja hänen työtoverinsa tekivät valaisevan tutkimuksen, jota kaikki ilmakehän optiikkaan perehtyneet arvostavat. He tarkastelivat mikronin kokoisen, sinistä absorboivan, eteenpäin sironneen pölyn monimutkaista vaikutusta ja osoittivat, että punertava vaikutus on hieman tehokkaampi, mikä johtaa ”pölyisissä tilanteissa” ”butterscotch”-taivaaseen. Lisäksi pidemmät aallonpituudet (punainen) ja lyhyemmät aallonpituudet (sininen) siroavat hyvin erilaisilla kuvioilla, mikä tuottaa joitakin muita mielenkiintoisia vaikutuksia, kuten sinisen hehkun, joka seuraa Aurinkoa sen matkalla Marsin taivaan yllä.
Tämän tutkimuksen mukaan näyttää siltä, että taivas on butterscotch-taivas ja Aurinko sinertävässä hehkussa, mikä on erityisen havaittavissa auringonlaskujen aikana Marsissa. Mutta asiat ovat monimutkaisempia ihmisen havaitsemisen suhteen.
Sen vuoksi, että Mars on noin 1,5 astronomisen yksikön päässä Auringosta, valon määrä pinnalla on noin puolet pienempi kuin planeetallamme. Heikossa valaistuksessa silmiemme herkkyys siirtyy kohti sinistä, koska siirrymme väriherkistä ”kartiosoluista” värisokeisiin ”sauvasoluihin”. Tätä kutsutaan Purkinje-ilmiöksi. Näin ollen ensimmäinen Marsiin laskeutunut astronautti kuvailee sen taivasta todennäköisesti jopa sinisemmäksi kuin voisi olettaa.
Vastaa