Позаземні небеса

В середньому, видимий діаметр Сонця при спостереженні з Меркурія в 2,5 рази більший, ніж при спостереженні із Землі, його яскравість в 6 разів вища. Через ексцентричність орбіти вигляд Сонця може коливатися від 2,2 вигляду із Землі в афелії (з яскравістю в 4,8 рази вищою), до 3,2 в перигелії (яскравість в 10,2 разу вища).

Меркурій має резонанс 3:2 між власним обертанням і рухом по орбіті. Це означає, що хоча сидеричний день (період обертання) триває ~58,7 земних дні, сонячний день (від одного до повторного проходження Сонця над одним і тим же меридіаном) триває ~176 земних днів.

Завдяки цьому резонансу виникає незвичайний ефект, коли Сонце один раз за меркурианский рік недовго рухається у зворотному напрямі, відмінному від звичайного руху зі сходу на захід. Ефект спостерігається з будь-якої точки Меркурія, але на певних меридіанах спостерігач може побачити, як Сонце сходить приблизно наполовину, потім заходить і сходить знову, впродовж одного меркуріанського ранку. Це відбувається тому, що приблизно за чотири дні до проходження перигелія, кутова швидкість руху Меркурія по орбіті вирівнюється із швидкістю його обертання, так що відносний рух Сонця зникає; у перигелії, кутова швидкість руху Меркурія по орбіті перевищує швидкість його обертання; тому Сонце по небу рухається у зворотному напрямі. Через чотири дні після проходження перигелія, Сонце переходить до звичайного руху. Існують дві точки на поверхні Меркурія, в яких Сонце здійснює свій ретроградний рух по небу біля зеніту; одна з них називається Басейн Калоріс, в цих місцях поверхня розігрівається особливо сильно.

Другим по яскравості об'єктом у небі Меркурія є Венера, яка тут виглядає значно яскравішою, ніж із Землі. Коли Венера щонайближче до Землі, вона знаходиться між Землею і Сонцем, і ми бачимо тільки нічний її бік. Навіть коли Венера досягає максимуму яскравості у земному небі, насправді ми бачимо усього лише вузький серп. Для меркуріанського спостерігача Венера у своїй найближчій точці знаходиться в опозиції до Сонця і показує повний свій диск. Зоряна величина Венери у таких випадках − 7.7^m.

Земля і Місяць теж виглядають яскраво, їхні зоряні величини становлять − 5^m і − 1.2^m відповідно. Максимальна кутова відстань між Землею і Місяцем близько 15′. Усі інші планети видно майже так само як і із Землі, але трохи тьмяніше в опозиції (Марс має максимальну зоряну величину приблизно − 0.3).

Сонце виглядає так само, як і з навколоземної орбіти, колір його білий завдяки відсутності атмосферного розсіювання і поглинання.

Оскільки кут відхилення осі обертання місяця до її орбітальної площини майже прямий, Сонце проходить по місячному небу практично один і той же шлях упродовж усього року. В результаті біля місячних полюсів існують кратери і долини, в які ніколи не потрапляє пряме сонячне світло, а також гори і їх вершини, які ніколи не затінюються.

Земля є одним з найпомітніших об'єктів на місячному небі. Її видимий діаметр (1.9°) у чотири рази перевищує діаметр місяця, видимий із Землі, хоча, оскільки місячна орбіта має ексцентриситет, кутові розміри Землі змінюються на величину близько 5 % у кожний бік (варіюючи в межах від 1,8° до 2,0° кутового діаметру). Землю видно з Місяця у різних фазах, так само як Місяць показує різні фази для земного спостерігача, але вони протилежні: коли земний спостерігач бачить повний Місяць, місячний спостерігач бачитиме «нову Землю», і навпаки. Альбедо Землі втричі вище за місячне, в сукупності з великим розміром повна Земля світить у більш ніж 50 разів яскравіше, ніж повний Місяць в зеніті для земного спостерігача.

В результаті синхронного обертання Місяця, один (видимий) бік Місяця завжди повернений до Землі, а інший, невидимий, переважно не видно із Землі. Для місячного спостерігача це означає, що Землю можна побачити тільки з видимого боку місяця і не можна з невидимого.

Якби обертання місяця було повністю синхронним, Земля не мала б помітного руху по місячному небу. Але, завдяки лібрації, Земля здійснює повільний складний коливальний рух. Траєкторія Землі укладається в прямокутник розміром 18°. Орієнтація прямокутника залежить від положення спостерігача на місячній поверхні. В результаті, біля межі видимої і невидимої сторони, можна спостерігати схід і захід Землі.

Земля і Сонце іноді зустрічаються в місячному небі, і відбувається затемнення. Із Землі ми бачимо місячне затемнення, впродовж якого місяць проходить крізь земну тінь, але місячний спостерігач бачить, як Сонце ховається за Землею і настає сонячне затемнення. Оскільки кутовий розмір Землі в чотири рази більше кутових розмірів Сонця, Сонце залишатиметься за Землею впродовж декількох годин. Земну атмосферу видно у вигляді червонястого кільця. Була спроба використати телекамеру місячного всюдихода, доставленого Аполлоном 15, щоб зняти таке затемнення, але камера або її джерело живлення відмовили незабаром після відльоту астронавтів на Землю. Земні затемнення, з іншого боку, не будуть настільки ж видовищними для місячних спостерігачів, оскільки місячна тінь майже непомітна на поверхні Землі. Місячні спостерігачі з телескопами просто побачать маленьку темну пляму, що подорожує по диску повної Землі.

Загалом, коли на Землі відбувається один або інший тип затемнення, затемнення протилежного типу відбувається і на місяці. І для земних, і для місячних спостерігачів затемнення відбуваються, коли Земля, Місяць і Сонце шикуються на одній лінії.

Отримання точних кольорів на фотографіях з марсіанської поверхні досить складно. Один з чинників, які слід брати до уваги, − це ефект Пуркіньє: зі зменшенням рівня освітленості чутливість людського ока до червоного кольору падає швидше, ніж до синього. Існують великі відмінності в кольорі неба на отриманих знімках, оскільки при зйомках багатьох з них застосовувалися фільтри для збільшення їх наукової цінності, і не намагалися отримати дійсний колір. Тому кілька років тому небо Марса вважалося рожевішим, ніж зараз.

Небо Марса з крижаними хмарами

Захід на Марсі, фото Mars Pathfinder

Зараз відомо, що впродовж марсіанського дня небо жовтувато-коричневе. Під час заходу і світанку небо рожеве, з переходом у блакитні тони навколо диска Сонця. Це протилежно до кольорів земних заходів. Часом небо набуває фіолетового кольору через розсіяння світла крізь водно-крижані хмари. Сутінки тривають тривалий час після заходу Сонця і до сходу, оскільки пил висить дуже високо і розсіює світло далеко за лінію термінатора.

Червонястий колір марсіанського неба визначається присутністю оксиду заліза (III) у зваженому пилі. Чим спокійніше вітри і чим більше осідає пил, тим темніше небо, особливо до зеніту, оскільки пил — основне джерело розсіяння світла. Релеївське розсіяння світла на частках газу слабке через низьку щільність атмосфери і привносить видимий неозброєним оком ефект під час заходів і світанків, коли Сонце просвічує товщий шар газу і небо стає блакитним.

Сонце для спостерігача з Марса буде розміром в 0,625 розміру, видимого із Землі (0.35°), і поставляє всього 40 % енергії, маючи яскравість приблизно як під час злегка хмарного земного полудня. Колір Сонця на Марсі не жовтий, як на Землі, а білий з легким фіолетовим відтінком.

У Марса два супутники: Фобос і Деймос. З марсіанської поверхні Фобос має розмір від однієї третини до половини кутових розмірів Сонця, а Деймос виглядає трохи більше крапки (кутовий розмір всього 2'). Фобос рухається по орбіті швидше за обертання Марса, тому по небу він рухається у зворотному напрямі, сходячи на заході і заходячи на сході Фобос обертається настільки близько (у нього слабо нахилена, майже екваторіальна орбіта), що його неможливо спостерігати на північ від 70,4° або на південь від 70,4° відповідно до північної і південної широт; високоширотні спостерігачі також помітять зменшення кутових розмірів Фобоса, додаткова відстань не є знехтувано малим. Кутовий розмір Фобоса збільшується на 45 % при переміщенні спостерігача з високих широт до екватора. Для екваторіального спостерігача Фобос має кутовий розмір 0,14° відразу після сходу і зростає до 0,20° на час проходження зеніту. Він перетинає небо за 4.24 години кожні 11.11 години. Довгота точки зеніту Фобоса знаходиться від точок сходу і заходу на 68,725°; це не збігається з кутом 70,4° видимості по широті через сплющеність Марса.

Деймос сходить на сході і заходить на заході, як звичайний місяць, але при цьому більш схожий на зірку (кутовий діаметр між 1.8' і 2.1'). Його яскравість може змінюватися від яскравості Венери до яскравості Веги (як це видно із Землі). Будучи відносно близько до Марса, Деймос не може бути видний з широт, більших 82,7°. На додаток, орбітальний період Деймоса (30.3 години) перевершує період обертання Марса (24.6 години) на відносно невеликий час, так що він сходить кожні 5.5 днів і знаходиться на небі від сходу до заходу 2.5 дні для екваторіального спостерігача. Довгота точки зеніту Деймоса знаходиться від точок сходу і заходу на 81,662°; це не збігається з кутом 82,7° видимості по широті через сплющеність Марса. За час, впродовж якого Фобос перетне марсіанське небо 12 разів, Деймос зробить всього один оборот.

Фобос і Деймос можуть обоє затьмарювати Сонце при спостереженні з Марса, хоча не можуть повністю закрити його диск, тому це швидше є транзитом, ніж затемненням.

Землю видно з Марса як подвійну зірку; Місяць видно як тьмяніший компаньйон. Максимальна кутова відстань між Землею і Місяцем близько 25′, у поєднанні Землі із Сонцем (для земних спостерігачів Марс буде в опозиції до Сонця). У максимум елонгації (47.4°), Земля і місяць сяятимуть із зоряними величинами — 2.5^m і 0.9^m відповідно.

Венера з Марса (у момент максимальної елонгації кутова відстань від Сонця 31,7°) має зоряну величину 3.2^m. Таким чином, Венера буде найяскравішою іншою планетою, видимою із Марса, Земля займатиме третє місце (пропустивши вперед також і Юпітер), пов'язано це з тим, що альбедо Венери значно вище за земне.

Меркурій з Марса (у момент максимальної елонгації кутова відстань від Сонця 18,6°) має зоряну величину 0.35^m і виглядатиме майже так, як із Землі, тільки через незначну елонгацію виявити його було б ще складніше.

З Фобоса Марс в 6400 разів більший і в 2500 разів яскравіший, ніж повний Місяць на земному небі. На Фобосі він займає майже чверть зоряної півсфери. Максимальна зоряна величина − 21,5^m.

З Деймоса Марс у 1000 разів більший і в 400 разів яскравіший, ніж повний Місяць на земному небі. На Деймосі він займає майже одинадцяту частину зоряної півсфери. Максимальна зоряна величина − 19,3^m.

Інші зовнішні планети будуть видні так само, як і із Землі, але трохи яскравіше в опозиції. Максимальна зоряна величина Юпітера − 2,8^m.

Астероїд 87 Сільвія — один з найбільших астероїдів в головному астероїдному поясі, і перший астероїд, у якого спостерігалися два супутники. Ці супутники, Ромул і Рем, в грубому наближенні виглядають однаковими за розміром. Ромул, далекий супутник, має кутовий розмір 0,89°, трохи більше ближнього супутника, Рема, який має кутовий розмір 0,78°. Форма Сільвії далека від сферичної, тому кутові розміри її супутників змінюються більш ніж на 10 % в залежностей від положення спостерігача на поверхні Сільвії. Наскільки можна стверджувати, обидва супутники обертаються в одній площині, і вони можуть перекривати один одного кожні 2,2 дні. Двічі за 6,52 роки (період обернення Сільвії навколо Сонця) вони затьмарюватимуть Сонце, яке, з кутовим розміром 0,15°, виглядає значно менше, ніж із Землі (0,53°). З Рема, внутрішнього супутника, Сільвія величезна — приблизно 30°×18°, тоді як розмір Ромула коливається між 1,59° і 0,50°. З Ромула Сільвія має розмір 16°×10°, тоді як розмір Рема змінюється від 0,62° до 0,19°.

Окрім Сонця, наступними помітними об'єктами на небі Юпітера є Галілеєві супутники. Іо, найближчий до планети, буде трохи більше повного місяця в земному небі, і менш яскравим. Більш високе альбедо Європи не допоможе їй бути яскравішою від Іо, оскільки знаходиться вона далі. Фактично, низьке значення сонячної сталої на Юпітері (3.7 % земного) гарантує, що галілеєві супутники не перевершать по яскравості повний місяць при погляді із Землі; від Іо і до Каллісто їх зоряні величини матимуть значення: − 11.2^m, − 9.7^m, − 9.4^m і − 7.0^m.

Ганімед, найбільший і третій з ряду супутник Юпітера, майже такий яскравий як Іо і Європа, але виглядає в половину розміру Іо. Каллісто, найдальший, має розмір всього чверть повного Місяця. Усі чотири галілеєві супутники також виділяються швидкістю свого руху, якщо порівнювати з рухом Місяці по земному небозводу. Вони також мають достатній розмір, щоб повністю затьмарити Сонце.

Юпітеріанські дрібні зовнішні супутники мають вигляд зіркоподібних крапок, велику частину зовнішніх супутників не видно неозброєним оком.

На усіх супутниках Юпітера немає щільної атмосфери, тому їх небеса чорні або майже чорні. Для спостерігача з одного із супутників видатним об'єктом на небі, звичайно ж, буде Юпітер. Для спостерігача з Іо, найближчого з галілеєвих супутників до планети, кутовий діаметр Юпітера буде близько 20° (у 38 разів більше видимого діаметра нашого Місяця, покриває 1 % неба Іо). Спостерігач на супутнику Метіда, найближчого з усіх, бачитиме Юпітер з кутовим розміром 68° (у 130 разів більше видимого діаметра нашого Місяця, покриває 18 % неба Метіди). «Повний» Юпітер над Метідою має 4 % яскравості Сонця (для порівняння, світло повного Місяця над Землею в 400000 разів слабкіше за сонячне світло (0,00025 %)).

Оскільки внутрішні супутники Юпітера обертаються навколо Юпітера синхронно, планета завжди знаходиться практично в одному місці на їхньому небі (Юпітер коливатиметься тільки за рахунок ненульових ексцентриситетів). Спостерігачі на зворотних сторонах галілеєвих супутників ніколи не побачать Юпітер.

З супутників Юпітера сонячне затемнення будь-якого з галілеєвих супутників буде видовищним, спостерігач бачитиме круглу тінь затьмарюючого супутника, що подорожує по освітленій стороні Юпітера.

Оскільки внутрішні супутники Сатурна обертаються синхронно, планета на їх небесах завжди в одному і тому ж місці. Спостерігачі на зворотних сторонах цих супутників ніколи не побачать Сатурн.

На небесах внутрішніх супутників Сатурн величезний. Наприклад, при спостереженні з Пана, Сатурн має кутовий діаметр ~50°, в 104 рази більше повного Місяця і займає 11 % всього неба Пана. Через те, що Пан обертається в діленні Енке усередині кілець Сатурну, їх видно з будь-якої точки Пана, навіть з боку, оберненою в протилежну від Сатурна сторону.

Оскільки кільця Сатурна, хоча вони і широкі, не дуже щільні, а орбіти більшості супутників лежать в площині кілець з точністю до 1,5°, кілець не буде добре видно з більшості супутників. Їх видно з ребра і тому практично невидимі для внутрішніх супутників. Для зовнішніх супутників (починаючи з Япета) кільця будуть видні краще, хоча зі збільшенням радіусу орбіти Сатурн в небі виглядатиме меншим; при спостереженні з Феби Сатурн буде видний усього лише як повний Місяць із Землі. Вибір відстані і кута значно впливає на результат спостереження; розрахунки показують, що кращий вид кілець буде на внутрішньому супутнику Мімасі, який має відхилення орбіти від екваторіальної площини Сатурна в 1,5° і сама орбіта знаходиться практично поряд з кільцями. Найширший кут, під яким будуть видні кільця від краю до краю, за умови що Мімас знаходиться в точці орбіти, найбільш віддаленої від екваторіальної площини, складе 2.7 градуса. Епіметей і Янус, що рухаються по дуже близьких орбітах, теж матимуть гарний вигляд, для них найширший кут лежить у проміжку від 1.5 і до 2,9°. Тетіс матиме наступний кращий вигляд, майже півградуса. Кутові розміри кілець при спостереженні з Япета досягнуть величини 0,20°, що буде найбільшою величиною серед інших зовнішніх супутників.

Вид кілець Сатурна з його екватора (3D-модель)

Вид кілець Сатурна з широти вищої за екватор (3D-модель)

Титан — єдиний супутник у Сонячній системі з щільною атмосферою. На зображеннях із зонда «Гюйгенс» видно, що небо Титана має мандариновий колір. Проте, космонавт, що стоїть на поверхні Титана, бачитиме брудно-коричневий або темно-помаранчевий колір. Титан отримує 1/3000 долю сонячного світла в порівнянні із Землею, під щільною атмосферою освітленість Титана опівдні буде не яскравіша за земні сутінки. Швидше за все, Сатурн неможливо спостерігати через помаранчевий смог, і навіть Сонце − усього лише світліша ділянка у загальній млі, ледве-ледве освітлююча крижану поверхню і метанові озера. Хоча у верхніх шарах атмосфери небо блідо-голубе і Сатурн буде видний.

При спостереженні з Енцелада Сатурн матиме видимий кутовий діаметр майже 30°, в шістдесят разів більше видимого із Землі кутового діаметра Місяця. Більше того, оскільки Енцелад обертається по орбіті синхронно і однією своєю стороною постійно повернуть до Сатурна, планета ніколи не рухається в небі Енцелада (якщо не враховувати невеликі коливання через ексцентриситет орбіти), і не може спостерігатися із зворотного боку цього супутника.

Кільця Сатурну будуть видні під кутом всього 0,019° і будуть майже невидимі, але їх тінь на освітленому боці Сатурна буде чітко розпізнавана. Як і наш Місяць при спостереженні із Землі, Сатурн представлятиме зміну фаз. При спостереженні з Енцелада Сонце матиме кутовий розмір всього 3.5 хвилин дуги, одну дев'яту видимого із Землі розміру.

Розташований на Енцеладі спостерігач також матиме можливість бачити транзит Мімаса (найбільшого супутника усередині орбіти Енцелада) по диску Сатурна в середньому кожних 72 години. Його кутовий розмір буде майже 26 хвилин дуги, майже такого ж розміру, як кутовий розмір Місяця при спостереженні із Землі. Палена і Мефона здаватимуться зірочками (максимум 30 секунд дуги). Тетіс, видима з оберненого від Сатурна боку Енцелада, досягатиме кутового розміру 64 хвилин дуги, більш ніж в два рази перевищуючи розмір Місяця при спостереженні із Землі.

Вигляд Нептуна в небі Тритона

Найбільший супутник Нептуна Тритон має атмосферу, але вона настільки тонка, що колір неба на нім не відрізняється від чорного, можливо з невеликим блідим серпанком на горизонті. За наявності серпанка з вуглеводнів, подібно до Титана і Плутона, небо може взагалі мати білястий колір. Обертання Тритона синхронне, Нептун завжди знаходиться в його небі в одному місці. Вісь обертання Тритона нахилена до площини орбіти Нептуна під кутом 130° і тому показує на Сонці з відхиленням в 40° двічі в нептуніанський рік, практично так само як Уран. У міру обернення Нептуна навколо Сонця, приполярні ділянки Тритона виявляються зверненими до Сонця упродовж 82 років, в результаті сезонні зміни дуже сильні в порівнянні з неосвітлюваним полюсом.

Нептун простирається на 8 градусів у небі Тритона, його загальна яскравість грубо наближена до яскравості повного Місяця на Землі, але яскравість на одиницю площі становить всього 1/256 частина яскравості повного Місяця. Нереїда значно мінятиме свою яскравість, від п'ятої зоряної величини до першої; але її диск буде занадто малий для того, щоб розгледіти його неозброєним поглядом. Протей також буде важко розгледіти, оскільки його кутовий розмір буде всього 5-6 хвилин, але він не буде тьмяніший за першу зоряну величину і в найбільшому наближенні змагатиметься з Канопусом.