บรรยากาศกับการดูดาว: ทำไมดาวกะพริบ

บรรยากาศโลกหนาเทียบเท่าน้ำราว 10 เมตร และไม่เคยนิ่ง อากาศร้อนกับเย็นผสมกันตลอดเวลา เกิดเป็นกระเปาะอากาศที่มีดัชนีหักเหต่างกันเล็กน้อย แสงดาวที่ผ่านเข้ามาจึงถูกหักเหไปมาอย่างสุ่ม

ดาวกะพริบ ดาวเคราะห์ไม่ค่อยกะพริบ

ดาวฤกษ์อยู่ไกลมากจนแสงมาถึงเราเหมือนมาจากจุดเดียว เมื่อกระเปาะอากาศเลื่อนผ่าน แสงจากจุดเดียวนี้ถูกหักเหเข้าตามากบ้างน้อยบ้าง ดาวจึงสว่างวูบวาบและอาจเปลี่ยนสีเร็ว ๆ เรียกว่าการกะพริบ ส่วนดาวเคราะห์ปรากฏเป็นจานเล็ก ๆ แสงจากจุดต่าง ๆ บนจานกะพริบไม่พร้อมกันจนเฉลี่ยหักล้างกัน ดาวเคราะห์จึงดูนิ่งกว่า ซึ่งเป็นเคล็ดลับแยกดาวเคราะห์จากดาวฤกษ์ด้วยตาเปล่า ดาวที่อยู่ใกล้ขอบฟ้ากะพริบแรงที่สุด เพราะแสงผ่านอากาศหนากว่า

ซีอิง: ความคมชัดของภาพ

สำหรับกล้องโทรทรรศน์ ความปั่นป่วนของอากาศทำให้ภาพดาวพร่าเป็นก้อนที่สั่นไปมา นักดาราศาสตร์เรียกคุณภาพนี้ว่าซีอิง และวัดเป็นความกว้างของภาพดาวในหน่วยพิลิปดา ที่ระดับน้ำทะเลทั่วไปอยู่ราว 2 ถึง 3 พิลิปดา บนยอดเขาที่ดีที่สุดในโลก เช่น เมานาเคอาในฮาวาย หรือทะเลทรายอาตากามาในชิลี ดีได้ถึงราว 0.5 พิลิปดาหรือดีกว่า ซีอิงจึงทำให้กล้องบนพื้นโลกที่ใหญ่กว่า 10 ถึง 20 เซนติเมตรแยกรายละเอียดได้ไม่ดีไปกว่ากล้องเล็ก เว้นแต่จะใช้ระบบทัศนศาสตร์ปรับตัว ซึ่งยิงเลเซอร์ขึ้นไปสร้างดาวเทียมในชั้นบรรยากาศสูง วัดความบิดเบี้ยว แล้วดัดกระจกแก้ไขหลายร้อยครั้งต่อวินาที

การหักเหของบรรยากาศ

บรรยากาศหักเหแสงให้โค้งลงตามความโค้งของโลก วัตถุจึงดูสูงกว่าตำแหน่งจริงเล็กน้อย ที่จุดเหนือศีรษะไม่มีผล แต่ที่ขอบฟ้ายกขึ้นราว 34 ลิปดา มากกว่าขนาดของดวงอาทิตย์ ผลคือเมื่อเห็นขอบล่างของดวงอาทิตย์แตะขอบฟ้าตอนตก ดวงอาทิตย์จริงอยู่ใต้ขอบฟ้าทั้งดวงแล้ว และกลางวันจึงยาวกว่าที่คำนวณทางเรขาคณิตไม่กี่นาที ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ใกล้ขอบฟ้ายังดูแบนเป็นวงรี เพราะขอบล่างถูกยกขึ้นมากกว่าขอบบน

การดูดกลืนแสงตามมวลอากาศ

แสงที่ผ่านอากาศถูกดูดกลืนและกระเจิงไปบางส่วน ปริมาณอากาศที่แสงต้องผ่านเทียบกับตอนอยู่เหนือศีรษะเรียกว่ามวลอากาศ ซึ่งประมาณได้จากมุมห่างจากจุดจอมฟ้า z ยิ่งดาวอยู่ต่ำใกล้ขอบฟ้า มวลอากาศยิ่งมาก

ที่มุมเงย 30 องศา มวลอากาศเท่ากับ 2 ที่ขอบฟ้ามีค่าราว 38 ดาวจึงจางลงราว 0.2 ถึง 0.3 โชติมาตรต่อมวลอากาศหนึ่งหน่วยในคืนที่อากาศใส และแสงสีน้ำเงินถูกกระเจิงมากกว่าสีแดง ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ใกล้ขอบฟ้าจึงดูเป็นสีส้มแดง ด้วยเหตุผลเดียวกับที่ท้องฟ้าเป็นสีฟ้า