Как изменилось бы видимое расположение звёзд на небе, если бы вдруг исчезла земная атмосфера?

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть несколько ключевых физических явлений, связанных с распространением света в атмосфере, а также понять, как атмосфера влияет на видимое положение звёзд.

Первое важное явление — рефракция света. Рефракция возникает из−за того, что плотность атмосферы изменяется с высотой. Когда свет от звезды или другого космического объекта проходит через атмосферу Земли, он преломляется, изменяя своё направление. Это связано с различием показателя преломления воздуха на разных высотах. В результате наблюдатель на Земле видит звезду немного выше её истинного положения. Это явление особенно заметно для звёзд, расположенных близко к горизонту.

Если земная атмосфера исчезнет, то этот эффект рефракции исчезнет вместе с ней. Звёзды, которые сейчас кажутся приподнятыми над горизонтом, займут свои истинные позиции, то есть немного опустятся. Звёзды, которые находятся прямо над наблюдателем (в зените), будут выглядеть практически в том же месте, потому что для них угол падения света на атмосферу близок к прямому и отклонение минимально.

Второе явление — диффузное рассеяние света. Земная атмосфера состоит из молекул газа, которые рассеивают свет, особенно коротковолновый свет (синий). Это явление известно как рассеяние Релея и объясняет, почему небо кажется голубым днём. Атмосфера также рассеивает свет от звёзд, делая их слегка размытыми. При отсутствии атмосферы звёздный свет будет доходить до наблюдателя без рассеяния, и звёзды будут казаться более яркими и чёткими.

Третье явление — поглощение света в атмосфере. Некоторые длины волн света поглощаются атмосферой, особенно в диапазоне инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Если атмосфера исчезнет, то мы сможем видеть звёзды в более широком спектре излучения, включая те длины волн, которые ранее блокировались атмосферой.

Есть ещё один аспект — световое загрязнение. Свет, испускаемый городами и другими источниками на Земле, рассеивается в атмосфере, снижая видимость звёзд. При отсутствии атмосферы световое загрязнение уменьшится, и ночное небо станет гораздо более звёздным.

Наконец, следует упомянуть влияние турбулентности и плотностных неоднородностей атмосферы. Эти факторы вызывают мерцание звёзд, что известно как "звёздное дрожание". При отсутствии атмосферы звёздный свет не будет проходить через неоднородности, и мерцание исчезнет, звёзды будут выглядеть как стабильные световые точки.

Итак, если земная атмосфера исчезнет, то изменения в видимом расположении звёзд на небе будут следующими:
1. Звёзды опустятся на свои истинные позиции, особенно заметно это будет для объектов, близких к горизонту.
2. Звёзды станут ярче и чётче, а ночное небо — более звёздным.
3. Звёзды перестанут мерцать.
4. Видимый спектр звёздного света расширится.
5. Рассеянный дневной свет исчезнет, и небо станет полностью чёрным даже днём.

Эти изменения обусловлены отсутствием рефракции, рассеяния, поглощения и турбулентности в атмосфере Земли.