Jaki kolor ma zachód słońca na Marsie?

Wyobrażasz sobie zachód słońca w kolorze lodowato niebieskim, na tle czerwonej pustyni? Na Marsie właśnie tak żegna dzień nasza gwiazda. Z tego tekstu dowiesz się, dlaczego zachód słońca na Marsie jest niebieski i co ma z tym wspólnego marsjański pył oraz łaziki Curiosity, Spirit i Opportunity.

Jakiego koloru jest zachód słońca na Marsie?

Na Ziemi przywykłeś do ciepłych barw wieczoru: pomarańczy, czerwieni i purpury nad horyzontem. Mars odwraca ten schemat. Niebo na Marsie w ciągu dnia ma odcień czerwony lub rdzawo pomarańczowy, ale gdy Słońce chowa się za horyzont, jego otoczenie przybiera chłodny, niebieskawy kolor. Ten kontrast jest jednym z najbardziej zaskakujących efektów atmosfery Czerwonej Planety.

Łaziki Curiosity, Spirit i Opportunity wielokrotnie rejestrowały to zjawisko. Na zdjęciach z krateru Gusiewa czy z równiny Meridiani Planum widać czerwone, zapylone niebo, w którego centrum pojawia się niewielka, niebieska aureola wokół zachodzącego Słońca. Szersza część nieba pozostaje przygaszona i pyłowa, za to rejon tuż przy tarczy słonecznej nabiera jasnoniebieskiej poświaty.

Zachód słońca na Marsie jest niebieski w centrum i otoczony czerwono‑pudrowym niebem – dokładnie odwrotnie niż na Ziemi.

Tak nietypowy widok to nie efekt filtrów czy „artystycznej” obróbki zdjęć, ale bezpośrednia konsekwencja tego, z czego zbudowana jest atmosfera Marsa i jak rozprasza ona światło.

Dlaczego marsjańskie niebo jest czerwone, a zachód słońca niebieski?

Kolor nieba zależy od tego, jak atmosfera traktuje różne długości fal światła. Białe światło słoneczne składa się z całego widma – od fioletu, przez niebieski i zielony, aż po czerwień. Cząsteczki gazu i pyłu w powietrzu rozpraszają jedne barwy silniej, inne słabiej. To właśnie rozpraszanie światła decyduje o kolorze, który widzisz nad głową i przy zachodzie Słońca.

Na Ziemi dominuje tlen i azot. Niewielkie molekuły powietrza rozpraszają najlepiej światło niebieskie – to tzw. rozpraszanie Rayleigha. W efekcie w dzień niebo jest niebieskie, a gdy Słońce zbliża się do horyzontu, niebieskie składowe są już „wybite” z wiązki, więc do oczu dociera głównie czerwień i pomarańcz, co daje ciepły zachód. Mars ma zupełnie inny układ sił.

Skład i gęstość atmosfery Marsa

Atmosfera Marsa jest niezwykle rzadka – ciśnienie przy powierzchni to około 1% ciśnienia na Ziemi. Dominuje w niej dwutlenek węgla, który stanowi mniej więcej 95 procent składu. Do tego dochodzi ogromna ilość bardzo drobnego pyłu, zawierającego tlenki żelaza. Pył jest tak wszechobecny, że nadaje całej planecie charakterystyczną, rdzawoczerwoną barwę.

Te pyłowe cząsteczki nie zachowują się jak ziemskie molekuły powietrza. Są większe, mają inny kształt i skład chemiczny. Z powodu swoich rozmiarów nie rozpraszają światła dokładnie według klasycznego rozpraszania Rayleigha. Wchodzimy w obszar zjawisk bliższych rozpraszaniu Mie – a to oznacza, że czerwień i błękit traktowane są inaczej niż w ziemskiej atmosferze.

Jak pył zmienia kolor marsjańskiego nieba?

W marsjańskim powietrzu drobinki pyłu działają jak filtr. Czerwone światło jest silnie rozpraszane na całe niebo, a niebieskie w większym stopniu przechodzi w linii prostej przez warstwę pyłu. Z perspektywy obserwatora przekłada się to na dwa efekty:

• w ciągu dnia niebo wygląda na czerwonawe lub pomarańczowe, ponieważ rozproszone światło czerwone wypełnia całe sklepienie,
• w okolicach Słońca, gdy droga promieni przez atmosferę jest bardzo długa (o zmierzchu i świcie), przebija się głównie światło niebieskie, tworząc chłodną poświatę przy horyzoncie.
• odległe partie nieba pozostają spowite w czerwonym pyle, przez co kontrast między niebieską strefą a resztą widoku jest bardzo wyraźny,
• im więcej zawieszonego pyłu, tym silniejszy jest efekt „odwróconego” zachodu – niebieska aureola bywa wtedy szczególnie wyraźna.

Na Ziemi podczas zachodu Słońca widzisz odwrotny scenariusz. Światło przechodzi przez grubą warstwę powietrza, rozpraszane jest przede wszystkim niebieskie i fioletowe, więc do oczu docierają głównie długości fali z czerwonej części widma. Tam, gdzie ziemski horyzont płonie czerwienią, na Marsie horyzont przygasa zimnym błękitem.

Jak zachód słońca na Marsie wyglądają na zdjęciach z łazików?

Pierwsze kolorowe zachody słońca na Marsie zarejestrowały łaziki Spirit i Opportunity. W 2005 roku Spirit sfotografował zachód widziany z krateru Gusiewa: czerwone, pyłowe niebo, ciemna linia horyzontu i niewielkie, ale wyraźne niebieskie halo wokół tarczy słonecznej. To był moment, gdy „odwrócony” marsjański zachód stał się realnym obrazem, a nie tylko obliczeniem w podręczniku fizyki atmosfery.

Curiosity, pracujący w kraterze Gale od 2012 roku, dostarczył kolejnych panoram. Kamera Mastcam rejestrowała serię zdjęć w trakcie całego marsjańskiego zmierzchu. Widać tam, jak jasna, niebieska poświata wokół Słońca stopniowo blednie, a czerwony pył odzyskuje dominację nad resztą nieba. Zdjęcia są kalibrowane i rozjaśniane, ale ich charakterystyczna zimna barwa zachodu wynika z realnych właściwości atmosfery, a nie z „podkręcania” kolorów.

Promienie zmierzchowe i chmury na Marsie

Na początku 2023 roku Curiosity uchwycił kolejne niezwykłe zjawisko: promienie zmierzchowe w marsjańskich chmurach. Na panoramie z 2 lutego 2023 roku widać czarny pas powierzchni, nad nim delikatne zachmurzenie, a z horyzontu wystrzelone są jasne, pionowe pasma światła, przypominające reflektory za krawędzią planety. To dokładnie to samo zjawisko, które na Ziemi obserwujesz przy zachmurzeniu i niskim Słońcu – wiązki światła przebijające się przez przerwy w chmurach.

Większość marsjańskich chmur unosi się na wysokości około 60 kilometrów i składa się z kryształków lodu wodnego. Te, na których tle sfotografowano promienie zmierzchowe, znajdują się jeszcze wyżej i – jak sugerują obliczenia temperatur – mogą być zbudowane z suchego lodu, czyli zestalonego dwutlenku węgla. Gdy Słońce zachodzi, światło przechodzi przez te chmury i rozprasza się dodatkowo na kryształkach, co wzmacnia wrażenie niebieskawej aureoli.

Iryzujące chmury o świcie

Curiosity zarejestrował również zjawisko iryzacji. 27 stycznia 2023 roku nad horyzontem pojawił się długi, pióropodobny obłok, który mienił się delikatnie tęczowymi barwami. To obłoki iryzujące, znane także z ziemskiego nieba. Tęczowe odcienie powstają, gdy białe światło odbija się i interferuje na cienkich warstwach przezroczystych kryształków lodu lub zestalonych cząsteczek CO₂.

Atmosferyk Mark Lemmon zwraca uwagę, że obserwacje takich „barwionych” chmur są bardzo ważne. Analiza przejść między kolorami pozwala wnioskować o rozkładzie rozmiarów cząstek w chmurze, a tym samym o tym, jak chmura się tworzy i zmienia w czasie. Dla Ciebie jako widza najważniejszy jest jednak efekt wizualny: chłodny, niebieski zachód na tle iryzujących piór z lodu daje obraz Marsa znacznie subtelniejszy niż prosta „czerwona kula piasku”.

Jak Mars wypada w porównaniu z innymi planetami przy zachodzie słońca?

Co ciekawe, tylko Ziemia i Mars są miejscami w Układzie Słonecznym, gdzie możesz w realistyczny sposób mówić o „zachodzie słońca” widzianym z powierzchni w otoczeniu normalnie rozpraszającej atmosfery. Reszta planet dostarcza skrajnie innych doświadczeń – albo z powodów fizycznych, albo z powodu warunków, które uniemożliwiają obserwację.

Na Merkurym atmosfera praktycznie nie istnieje. Kiedy Słońce znika za horyzontem, światło gaśnie niemal w tym samym momencie. Brak gazowego „ekranu” oznacza brak rozpraszania, czyli również brak kolorowych poświat, znanych z marsjańskich czy ziemskich zdjęć. Dzień trwa tam około 58 ziemskich dni, więc na kolejny zachód trzeba czekać bardzo długo.

Wenus z kolei ma odwrotny problem. Tamtejsza atmosfera jest bardzo gęsta, pełna chmur kwasu siarkowego, a temperatura na powierzchni przypomina piec hutniczy. Światło słoneczne jest wielokrotnie rozpraszane i absorbowane, zanim w ogóle dotrze do ewentualnego obserwatora. Nawet przy użyciu lądowników byłoby niezwykle trudno zarejestrować klasyczny widok zachodu, bo gęsta warstwa chmur odcina bezpośredni widok Słońca.

Na gazowych olbrzymach, takich jak Jowisz czy Saturn, nie ma stałej powierzchni w sensie ziemskim. Tam „zachód” zależałby od warstwy chmur, na której byś się znajdował, a warunki ciśnieniowe i chemiczne także nie sprzyjają klasycznym obserwacjom. W praktyce więc najbardziej „fotogeniczne” zachody Słońca w Układzie Słonecznym występują właśnie na Ziemi i na Marsie, choć wyglądają zupełnie inaczej.

Co jeszcze wpływa na barwy nieba i zachodu na Marsie?

Kolor marsjańskiego nieba nie jest stały. Zależy nie tylko od podstawowego składu atmosfery, ale też od zmiennych zjawisk, takich jak burze pyłowe, pory roku czy obecność chmur. Na Marsie występują największe w Układzie Słonecznym burze piaskowe – lokalne i globalne – które potrafią zmienić wygląd zachodu w ciągu kilku dni.

W sezonie burz pyłowych drobiny zawieszone w powietrzu gęstnieją, a światło przenikające przez atmosferę jest jeszcze silniej filtrowane. Niebieska aureola wokół zachodzącego Słońca może wtedy stać się węższa, bo gęsty pył pochłania i rozprasza światło na dużej grubości warstwy. Jednocześnie całe niebo przygasa i przybiera matowy, rdzawy ton, przez co kontrast między horyzontem a resztą panoramy bywa mniejszy.

Rola pór roku i geometrii oświetlenia

Rok marsjański trwa około 687 ziemskich dni, a oś planety jest nachylona podobnie jak ziemska. Oznacza to istnienie pór roku, ale dłuższych i bardziej asymetrycznych, głównie przez większą eliptyczność orbity Marsa. Latem na południowej półkuli, kiedy planeta znajduje się bliżej Słońca, temperatury są wyższe, a atmosfera bardziej dynamiczna. Wtedy burze pyłowe pojawiają się częściej, a barwy nieba i zachodu mogą zmieniać się z dnia na dzień.

Z kolei zimą, przy mniejszym nasłonecznieniu i spokojniejszej atmosferze, zachody bywają bardziej „czyste”: niebieska poświata wokół Słońca odcina się wyraźniej od czerwonej kopuły nieba, bo mniej pyłu przesłania bezpośrednie promienie. Kąt padania światła przy horyzoncie i grubość warstwy atmosfery, przez którą przechodzi promień, decydują o tym, jak szeroki i intensywny będzie niebieski pierścień.

Czy człowiek zobaczyłby te same kolory, co kamera?

Kamery na łazikach, takich jak Mastcam na Curiosity, są kalibrowane tak, by oddawać barwy możliwie zbliżone do percepcji ludzkiego oka. Równocześnie często stosuje się korekcję ekspozycji, żeby wydobyć subtelne różnice jasności w cienkiej i zapylonej atmosferze. Gdybyś stanął obok łazika w skafandrze i spojrzał na zachód, zobaczyłbyś bardzo podobny widok: zimny, niebieskawy poblask wokół malejącej tarczy Słońca, otoczony przygaszonym, rdzawym niebem.

Różnice mogłyby wynikać z konstrukcji wizjera, przyciemniania szyb i reakcji oka na niewielką jasność sceny. W warunkach marsjańskiego zmierzchu poziom światła jest niższy niż podczas wielu ziemskich zachodów, więc duża część szczegółów i subtelnych przejść tonalnych byłaby mniej wyrazista. Ale sam „odwrócony” schemat barw – niebieskie przy Słońcu, czerwone dalej – pozostałby taki sam.