Мы все привыкли, что цвет неба — характеристика непостоянная. Туман, облака, время суток — все влияет на окраску купола над головой. Ежедневная ее смена не занимает умы большинства взрослых, чего нельзя сказать о детях. Они постоянно интересуются тем, почему небо голубое с точки зрения физики или что окрашивает закат в красный. Попытаемся разобраться в этих не самых простых вопросах.
Начать стоит с ответа на вопрос о том, что, собственно, небо представляет собой. В древнем мире оно виделось действительно как купол, накрывающий Землю. Сегодня, однако, вряд ли кто-то не знает, что, на какую бы высоту ни поднялся любопытный исследователь, достичь этого купола он не сможет. Небо — это не вещь, а, скорее, панорама, которая открывается при взгляде с поверхности планеты, некая видимость, сотканная из света. Причем если наблюдать из разных точек, оно может выглядеть иначе. Так, из поднявшегося над облаками, открывается совсем иной вид, чем с земли в это время.
Ясное небо — голубое, но стоит набежать облакам — и оно становится серым, свинцовым или грязно-белым. Ночное небо — черное, иногда на нем можно заметить рыжеватые участки. Это отсвет искусственного освещения города. Причина всех подобных изменений — свет и его взаимодействие с воздухом и частичками различных веществ в нем.
Для того чтобы ответить на вопрос о том, почему небо голубое с точки зрения физики, нужно вспомнить о том, что представляет собой цвет. Это волна определенной длины. Свет, идущий от Солнца к Земле, видится как белый. Еще с экспериментов Ньютона известно, что представляет собой пучок из семи лучей: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Цвета отличаются длиной волны. Красно-оранжевый спектр включает волны, наиболее внушительные по этому параметру. части спектра характеризуются короткой длиной волны. Разложение света на спектр происходит при столкновении его с молекулами различных веществ, при этом часть волн может быть поглощена, а часть — рассеяна.
Многие ученые пытались объяснить, почему небо голубое, с точки зрения физики. Все исследователи стремились обнаружить явление или процесс, который в атмосфере планеты рассеивает свет таким образом, что в результате до нас доходит только голубой. Первыми кандидатами на роль подобных частиц были и воды. Считалось, что именно они поглощают красный свет и пропускают голубой, а в результате мы видим небо синего цвета. Последовавшие за этим подсчеты, однако, показали, что того количества озона, кристаллов льда и молекул водяного пара, которое есть в атмосфере, недостаточно для придания небу голубого цвета.
На следующем этапе исследований Джоном Тиндаллом было высказано предположение, что роль искомых частиц играет пыль. Синий свет обладает наибольшей стойкостью к рассеиванию, а потому способен пройти сквозь все слои пыли и других взвешенных частиц. Тиндалл провел эксперимент, подтвердивший его предположение. Он создал в условиях лаборатории модель смога и осветил ее ярким белым светом. Смог приобрел голубой оттенок. Ученый сделал однозначный вывод из своего исследования: цвет неба определяется частичками пыли, то есть если бы воздух Земли был чистым, то над головами людей светились не голубые, а белые небеса.
Окончательную точку в вопросе о том, почему небо голубое (с точки зрения физики), поставил английский ученый, лорд Д. Рэлей. Он доказал, что не пыль или смог окрашивает пространство над головой в привычный для нас оттенок. Дело в самом воздухе. Молекулы газа поглощают большую и в первую очередь самые длинные волны, эквивалентные красному. Синий при этом рассеивается. Именно так и сегодня объясняется то, какого цвета небо мы видим в ясную погоду.
Внимательные заметят, что, следуя логике ученых, купол над головой должен быть фиолетовым, поскольку именно у этого цвета самая короткая длина волны в видимом диапазоне. Однако это не ошибка: доля фиолетового в спектре значительно меньше, чем синего, да и глаза человека более чувствительны именно к последнему. По сути, видимый нами голубой — результат смешения синего с фиолетовым и некоторыми другими цветами.
Все знают, что в разное время суток можно увидеть разный цвет неба. Фото красивейших закатов над морем или озером — прекрасная иллюстрация этого. Всевозможные оттенки красного и желтого в сочетании с голубым и темно-синим делают подобное зрелище незабываемым. А объясняется оно все тем же рассеиванием света. Дело в том, что во время заката и рассвета солнечным лучам приходится преодолевать гораздо больший путь сквозь атмосферу, чем в разгар дня. При этом свет сине-зеленой части спектра рассеивается в разные стороны и облака, расположенные у линии горизонта, становятся окрашенными в оттенки красного.
Когда небо заволакивают облака, картина совершенно меняется. не в силах преодолеть плотный слой, и большая часть их просто не достигает земли. Лучи, сумевшие пройти сквозь тучи, встречаются с водными каплями дождя и облаков, которые вновь искажают свет. В результате всех этих превращений до земли доходит белый свет, если облака небольшие по размеру, и серый, когда небо закрывают внушительные тучи, вторично поглощающие часть лучей.
Интересно, что на других планетах Солнечной системы при взгляде с поверхности можно увидеть небо, сильно отличное от земного. На космических объектах, обделенных атмосферой, солнечные лучи свободно достигают поверхности. В результате небо тут черное, без какого бы то ни было оттенка. Такую картину можно увидеть на Луне, Меркурии и Плутоне.
Марсианское небо имеет красно-оранжевый оттенок. Причина этого кроется в пыли, которой насыщена атмосфера планеты. Она окрашена в разные оттенки красного и оранжевого. Когда Солнце поднимается над горизонтом, марсианское небо становится розовато-красным, при этом участок его, непосредственно окружающий диск светила, видится голубым или даже фиолетовым.
Небо над Сатурном того же цвета, как на Земле. Над Ураном простираются аквамариновые небеса. Причина кроется в метановой дымке, расположенной в верхних планеты.
Венеру от глаз исследователей скрывает плотный слой облаков. Он же не позволяет дойти до поверхности планеты лучам сине-зеленого спектра, поэтому небо здесь желто-оранжевое с серой полоской вдоль горизонта.
Исследование дневного пространства над головой раскрывает не меньше чудес, чем изучение звездного неба. Понимание процессов, протекающих в облаках и за ними, помогает постичь причину довольно привычных для обывателя вещей, которые, тем не менее, объяснить с ходу может далеко не каждый.
Вы когда-нибудь задумывались почему небо голубое? Ведь атмосфера состоит из прозрачного воздуха, а солнечный свет имеет белый цвет. Как же так получается, что днем при свете Солнца небо становится голубым и непрозрачным. Вплоть до 1899 года этот парадокс был неразрешим, но сейчас наука знает ответ.
Ответ кроется в природе света. Белый свет состоит из семи цветов спектра: красного, оранжевого, желтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового, каждому из которых соответствует определенная длина волны. Волны красного света имеют наибольшую длину, оранжевые - чуть меньшую... фиолетовые - самые короткие.
При прохождении через плотную земную атмосферу свет начинает рассеиваться, преломляясь на мельчайших частичках газа, водяного пара и пыли. Как вы уже наверное догадались, не все составляющие спектра рассеиваются одинаково. Так длинные красные волны практически не рассеваются в стороны, следуя за лучом до самой земли. Синий коротковолновой свет наоборот очень хорошо рассеивается в стороны, окрашивая весь небосвод в сине-голубые тона.
Чем короче волна света, тем сильнее она рассеивается в атмосфере, и наоборот. Номером «3» на рисунке отмечен процесс преломления света на молекулах газа, частичках пыли и каплях воды, наполняющих атмосферу.
Короткий ответ : Синяя часть цветового спектра Солнца, вследствии короткой длины волны, лучше рассеивается в земной атмосфере в сравнении с 6 другими цветами спектра.
Фиолетовая часть спектра действительно имеет более короткую длину волны, чем синяя, в связи с чем лучше рассеивается в атмосфере. Тем не менее, наше небо не фиолетовое. Почему? Во-первых, Солнце имеет неравномерный спектр - фиолетового излучения значительно меньше синего. Во-вторых, глаза человека менее чувствительны к фиолетовому цвету.
Во время рассвета и заката солнечный свет идет по касательной к поверхности земли - расстояние проходимое лучом через атмосферу значительно увеличивается. Весь коротковолной свет рассеивается в стороны за долго до того, как достигнет наблюдателя. Доходят до земли только длинные оранжевые и красные волны, которые незначительно рассеиваются вдоль прямых лучей и окрашивают локальную часть небосвода.
Известно, что небо голубого цвета – это причина взаимодействия озонового слоя и солнечного света. Но что конкретно происходит с точки зрения физики и почему небо голубое? Теорий на этот счёт существовало несколько. Все они, в конечном итоге, подтверждают, что основная причина – это атмосфера. Но также объясняется и механизм взаимодействия.
Главный факт касается солнечного света. Известно, что солнечный свет имеет белый цвет. Белый цвет – это сумма всех спектров . Он может быть разложен на радугу (или спектры) при прохождении через дисперсионную среду.
Исходя из этого факта, учеными было предложено несколько теорий.
Первая теория объясняла голубой цвет тем самым рассеянием на частицах в атмосфере. Предполагалось, что большое количество механической пыли, частичек пыльцы растений, водяного пара и других мелких включений работают как дисперсионная среда. В результате до нас доходит только спектр голубоватого цвета. Но как тогда объяснить, что цвет неба не меняется зимой или на севере, где таких частичек меньше или их природа отлична? Теория была довольно быстро отвергнута.
Следующая теория предполагала, что световой поток белого цвета проходит через атмосферу, которая состоит из частиц. При прохождении через их поле светового луча частицы возбуждаются. Активированные частицы начинают испускать дополнительные лучи. Это и окрашивает солнечный цвет в голубоватый цвет. Белый свет помимо механического рассеивания и его дисперсии активирует и частицы атмосферы. Явление напоминает люминесценцию. На данный момент это объяснение является .
Последняя теория наиболее простая и она является достаточной для объяснения основной причины явления. Смысл ее очень похож на предыдущие теории. Воздух способен рассеивать свет по спектрам. Именно это является основной причиной голубого свечения. Свет с короткой длиной волны рассеивается интенсивнее, чем с короткой. Т.е. фиолетовый цвет рассеивается сильнее, чем красный. Этот факт объясняет изменение цвета неба на закате. Достаточно изменить угол солнца. Это и происходит при вращении земли, и цвет небосвода меняется на оранжево-розовый на закате. Чем выше солнце над горизонтом, тем более голубой свет мы будем видеть. Причина всему – та самая дисперсия или явление разложения света по спектрам.
Кроме всего этого, нужно понимать, что нельзя исключать все обозначенные выше факторы. Ведь каждый из них дает некоторый вклад в общую картину. Например, несколько лет назад в Москве в результате обильного цветения растений весной образовалось плотное облако пыльцы. Оно окрасило небо в зеленый цвет. Это довольно редкое явление, однако оно показывает, что отвергнутая теория про микрочастицы в воздухе также имеет место быть. Правда, теория эта не является исчерпывающей.
В статье можно узнать простое объяснение голубого (с оттенками) цвета неба. Ведь вопрос на самом деле очень интересный, особенно для детей. Давайте же найдем простое объяснение этому явлению, хотя сделать это не так просто как кажется.
Человеческий глаз способен видеть только три цвета, а не как бытует мнение, что глаз способен видеть много цветов. Это красный, зелёный и синий.
Фотографическая плёнка построена именно на вышеизложенном принципе. В кадре три поверхности, каждая воспринимает только свой свет, изменяя окраску в соответствии поглощения лучей. Когда сквозь неё проходит свет электролампы, создающий изображение на экране мы видим миллионы оттенков, из-за их смешивания в различных пропорциях. Техника копирует природу. Ведь глаз человека работает именно по этому принципу. В нём находятся такие биологические элементы, которые реагируют только на свой цвет.
И при смешивании этих цветов в мозгу человека, мы наблюдаем тот цвет который отражает предмет. К примеру при смешивании синего и желтого, образуется зеленый цвет. Интересен тот факт, что жёлтый нам видится более бледным нежели синий или зелёный. Это цветовой обман человеческого глаза. На чёрно белой фотографии чётко видно, что жёлтый совсем не бледный.
Мы видим только тот цвет, который отражается от поверхности. Например, кожа у европейцев белая, а у жителей Африки почти чёрная. Это говорит лишь о том, что что у одних окраска кожи способна отражать все цвета, что происходит при смешении всех трёх основных цветов, а у других только поглощать. Ведь мы видим только отражённые лучи. В идеале, конечно, абсолютно белой и абсолютно чёрной кожи не бывает. Но я написала так, чтобы было понятней.
«Но причём здесь небо? - скажет теперь уже умудрённый опытом читатель, - разве небо способно отражать лучи». Согласна. Оно их пропускает, но воздух окружающий Землю, простирающийся на тысячу километров над поверхностью, не пропускает все лучи. Он, частично задерживает красный и зеленый, а синий пропускает. Поэтому устремив взгляд в небо мы видим его голубым, синим, а в непогоду фиолетовым и даже свинцовым. Человеческий глаз, в отличие от различных предметов, практически не отражает свет, а только поглощает своими колбочками и палочками, чувствительными к определённому цвету. А так как преобладает синий спектр лучей, то мы его и видим.
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света.
Но это не говорит о том, что небо не может быть красным, багряным, алым или розовом. По крайней мере его участки. Если понаблюдать его на восходе или закате, то вы будете поражены буйством кровавых красок. А вот зелёное, жёлтое небо вы не увидите. Почему так происходит? При восходе или закате солнце пронизывает атмосферу не сверху, а под очень маленьким углом, поэтому мы видим кровавую зарю или багровый закат.
Глядя на небо в погожий день, мы с самого детства привыкаем его голубому цвету днём и алому на закате и восходе. Голубой цвет неба настолько привычен для нашего глаза, что зачастую даже не возникает вопросов, почему цвет неба именно голубой, а не, например, зелёный или жёлтый. И вправду, почему небо голубого цвета, если главный источник света для Земли – Солнце, которое светит жёлтым светом? (Только не бросайтесь проверять, какого цвета Солнце, без защиты для глаз).
Какого цвета Солнце на самом деле?
Оказывается, что свет, идущий от Солнца, имеет разные цвета. На самом деле, Солнце светит и голубым, и зелёным, и жёлтым, и красным светом. Это было открыто ещё в 17 веке Ньютоном. Мы видим Солнце жёлтым, потому что оно сильнее всего испускает именно жёлтый цвет, а остальные цвета мы можем увидеть только с помощью специальной аппаратуры. Жёлтый свет настолько интенсивный, что человек не может различить другие цвета на его фоне. Это всё равно, что пытаться заметить маленький зелёный или голубой фонарик на фоне огромного жёлтого прожектора.
Как свет попадает на поверхность Земли?
Представьте себе лучи всех цветов радуги, идущие от Солнца к Земле. В космическом вакууме, между Солнцем и Землёй, солнечные лучи летят в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью. Но всё меняется, когда свет Солнца достигает земной атмосферы. Солнечные лучи сталкиваются с молекулами воздуха (состоящего, в основном, из кислорода и азота) и меняют своё направление – рассеиваются. Давайте понаблюдаем за процессом рассеяния света. Вот небольшой «кусочек» солнечного света – фотон, влетает в Земную атмосферу; и сразу же на его пути оказывается какая-нибудь молекула воздуха. Фотон «задевает» эту молекулу, и немного отклоняется от первоначального пути. Пролетев ещё чуть-чуть, фотон опять столкнётся с молекулой воздуха и опять сменит направление. Пока такой «забияка-путешественник» достигнет нашего глаза, он успеет столкнуться с миллиардами молекул и примерно столько же раз изменить направление движения. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, так сильно меняет своё направление, что фотоны начинают двигаться во все стороны, даже в сторону Солнца. Именно поэтому днём небо светлое даже с противоположной Солнцу стороны.
Почему небо голубое?
Оказывается, что цвет света очень сильно влияет на способность отдельных «кусочков света» менять своё направление после столкновения с молекулами воздуха. Чем свет голубее, тем охотнее он меняет направление своего движения при рассеянии в атмосфере. Это значит, что голубой свет рассеивается лучше всех, а бирюзовый уже чуть хуже. Зелёный и жёлтый свет меняют своё направление хуже бирюзового. Ну а менее всего при прохождении атмосферы своё направление меняет красный свет. Он рассеивается примерно в 10 раз хуже, чем голубой. Поэтому получается, что голубой свет, идущий от Солнца, рассеивается по всему небу, и нам кажется, что небо становится голубого цвета. Если бы природа была устроена другим образом, и, например, лучше всего рассеивался бы зелёный свет, то наше небо было бы зелёного цвета.
Почему небо становится красным на закате и на восходе?
Когда Солнце садится или восходит, то солнечному свету приходится пройти более толстый слой воздуха, прежде чем попасть в наш глаз. Это значит, что фотоны, падающие на Землю на закате или восходе, испытают гораздо больше столкновений с молекулами воздуха, чем те, что попадают на Землю в течение дня. Возросшее количество столкновений приводит к тому, что даже красный свет начинает рассеиваться, поэтому небо рядом с солнцем на закате или восходе становится алым.
Константин Кудинов
Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ
