Почему небо голубое – один из частых вопросов. Короткий ответ на данный вопрос: из-за земной атмосферы и солнечного света. Если бы у Земли не было атмосферы, небо днем было бы черным, как и ночью.
Небо голубое для наших дней и черное для ночей. Что отличает день от ночи, так это солнечный свет, отсутствующий ночью, потому что мы тогда находимся на той части Земли, которая обращена от солнца. Это уже дает нам первую подсказку, о чем может идти речь — солнечный свет влияет на цвет неба.
Солнечный свет и цвета
Солнце белое, как и солнечные лучи, которые должны пройти от нас к солнцу целых (приблизительно) 150 миллионов километров. Сказать, что Солнце белое, может немного ввести в заблуждение, потому что белый на самом деле не цвет, то есть это не просто один цвет. Он состоит из множества цветов (более профессионально это можно сказать так: белый — полихроматический цвет, состоящий из непрерывного ряда цветов). Вот что это на самом деле означает.
Белые лучи света можно разделить на красивый спектр красочных цветов с помощью устройства, похожего на призму. Это длительное явление, при котором беловатый солнечный свет распадается на красочный спектр цветов через капли дождя.
Мы также можем рассматривать свет как волну, и чтобы понять, почему небо голубое, мы должны это сделать. Итак, вообще говоря, свет — это волна (формальнее: электромагнитное излучение) определенной длины (или частоты).
Волны видимого света (это то, что наш глаз может обнаружить и превратить наш мозг в изображение) имеют длину волны примерно от 400 до 700 нанометров, и в данном контексте цвет — это всего лишь волны определенных длин. Например, красный свет имеет длину волны примерно от 625 до 740 нанометров, зеленый — от 500 до 565 нанометров, синий — от 380 до 440 нанометров и фиолетовый — от 380 до 440 нанометров.
Что касается вопроса, на который мы отвечаем здесь, важно помнить следующее:
- синий и фиолетовый свет имеют самую низкую длину волны по сравнению с другими видимыми цветами света,
- Солнце на пути к нашим глазам проходит через безвоздушное пространство, пока не достигает атмосферы Земли. И когда вы проходите через него, происходят интересные вещи, которые в конечном итоге придают небу голубой цвет.
Атмосфера Земли
Что такое атмосфера Земли вообще? Это мантия Земли, состоящая из различных газов (и существует она потому, что гравитация Земли достаточно сильна, чтобы «привязать» их к себе). Все мы знаем, что одним из этих газов является кислород, необходимый людям для жизни.
Но многие с удивлением узнают, что большая часть уходит на азот. Доля кислорода в атмосфере составляет примерно 21%, а азота целых 78%. Взаимодействие солнечного света с молекулами азота и кислорода в атмосфере делает наше небо голубым.
Рассеивание солнечных лучей в атмосфере
Когда солнечные лучи попадают в атмосферу, беспрепятственно пройдя через воздушное пространство, они начинают «сталкиваться» с молекулами азота и кислорода. Существует явление, которое мы называем рассеянием, или рэлеевским рассеянием (согласно лорду Рэлею, описавшему это явление в 1871 г.). Такое рассеяние происходит, когда размер частиц, на которых рассеивается свет, меньше длины волны этого света (и это выполняется для молекул азота и кислорода в атмосфере, которые намного меньше длины волны видимого солнечного света).
Что важно в рэлеевском рассеянии, так это то, что оно зависит от длины волны или цвета света: коротковолновый свет рассеивается больше всего, а длинноволновый свет рассеивается меньше всего (если, случайно, с четвертой степенью длины волны). Например, типичный синий свет рассеивается примерно в 5 раз эффективнее, чем красный свет.
Когда солнечные лучи проходят через атмосферу, больше всего рассеиваются фиолетовые лучи, за которыми следуют синие лучи. Это можно представить так, что фиолетовый и синий цвета «убегают» от белого солнечного света и перестраиваются, то есть рассеиваются по всему небу и наконец достигают глаз, создавая цветной образ неба. Однако если пурпур более рассеян, чем синий, то почему небо не фиолетовое, а голубоватое?
Этому есть две причины. Первым делом отметим, что фиолетовых цветов в солнечном спектре меньше, чем синих. Во-вторых, человеческие глаза более чувствительны к синему, чем к фиолетовому. Вот почему небо в конечном итоге кажется нам голубым. А если бы не было атмосферы, она была бы черной, потому что не было бы молекул, рассеивающих солнечный свет по небу.
Почему небо красное на восходе и закате?
На восходе и закате солнечному свету приходится преодолевать более длинный путь через атмосферу, чем когда солнце находится высоко в небе, чтобы достичь наших глаз. При этом фиолетовое и синее излучение несколько раз рассеивается в случайных направлениях и в конечном итоге не достигает наших глаз. А если в том слое атмосферы много частиц пыли и смога, то рассеяние на них будет способствовать еще большему покраснению, создавая красивые закаты.
