Страница 2 из 4

Почему небо голубое днем? Почему небо красное на закате?

Почему небо голубое днем?

Издревле люди пытались ответить на вопрос, почему небо голубое. В попытках объяснения этого феномена было выдвинуто немало гипотез, подчас забавных для нашего современного восприятия. Например, древние греки связывали цвет неба с цветом чистейшего горного хрусталя, из которого, якобы, был сделан небесный свод. Во времена Гете считалось, что синеватым небо становится вследствие смешения света и тьмы. А Леонардо да Винчи в шестнадцатом веке был уверен, что голубизну белый воздух приобретает на фоне темного мирового пространства. Л. Эйлер же в 1762 году выдвинул теорию, что сами частицы воздуха имеют голубоватый оттенок, поэтому в массе своей дают насыщенный голубой цвет.

Правильный же ответ на вопрос, почему небо голубое, был дан только во второй половине 19 века в 1871 году английским физиком Рэлеем . Согласно теории Рэлея свет рассеивается на молекулах воздуха. Причем интенсивность рассеяния цветных лучей, из которых состоит солнечный свет, не одинакова, а обратно пропорциональна длине волны света, возведенной в четвертую степень. Т.е., проще говоря, чем короче длина волны света, тем интенсивнее она окрашивает атмосферу. Например, длина волны красных лучей солнца равна 0,8 мкм, а фиолетовых в два раза короче – 0,4 мкм. Поэтому фиолетовых лучей будет в 16 раз больше, чем красных. Остальные цветные лучи видимого спектра рассеиваются по той же схеме. А в рассеянном уже виде, смешавшись между собой, лучи дают голубой небесный цвет. Казалось бы, ответ на вопрос о цвете неба найден.

Почему небо иногда не голубое, а белое?

Однако не всегда небо над нами чисто-голубое, бывает оно и белесым, и сероватым, и матово-желтым. Дело в том, что атмосфера Земли состоит не только из молекул газов. Даже в самом чистом воздухе высоко в горах всегда присутствуют мельчайшие частицы пыли, дыма, капель воды и пр. Размер этих частиц настолько мал, что они практически никогда не опускаются на поверхность земли. Любое движение воздуха вверх уносит их с собой. Таким образом, над землей всегда парит как бы сеть из мельчайших капелек воды и частиц пыли, называемая атмосферным аэрозолем . Аэрозоль также играет огромную роль в рассеянии солнечного света в атмосфере.

Изучением характера этого рассеяния занялся немецкий физик Г. Ми (1908). Он построил теорию рассеяния света на частицах произвольного размера. Согласно его теории интенсивность рассеяния зависит от отношения радиуса частицы (a) к длине волны (l) и состава вещества. При малых размерах частиц (a/l<1) свет рассеивается по теории Рэлея, при увеличении же размеров частиц (a/l>1) лучи света рассеиваются с одинаковой интенсивностью. Вот почему облака белого цвета — они состоят из капель воды, радиус которых намного больше длины любой волны видимого света. По этой же причине имеют беловатый вид и сильно загрязненный воздух или воздух, насыщенный влагой.

Вот мы и ответили на вопрос, почему небо голубое. Теперь дадим ответ на следующий вопрос: почему небо красное во время заката (рассвета).

Так почему же предзакатное небо становится красным, если верна вышеописанная теория Рэлея? А потому, что лучи солнца на закате проходят гораздо больший путь в атмосфере. Короткие волны рассеиваются еще в начале пути, а до нас доходят только длинные волны солнечного света, т.е., красные, оранжевые и желтые. Они-то и раскрашивают небо во всевозможные теплые тона.

Небо иногда бывает и зеленого цвета…

Иногда, очень редко, закатное небо может на минуту вспыхнуть зеленым светом. Это происходит, когда солнце находится уже за линией горизонта и испускаемые им красные и желтые лучи проходят выше наблюдателя, а вот зеленые лучи, обладающие меньшей длиной и поэтому отклоненные сильнее, могут быть еще видны. Однако, данное оптическое явление может возникнуть только при определенных условиях. Во-первых, воздух должен быть кристально чист, не замутнен ни пылью, ни водяными каплями. Во-вторых, линия горизонта должна быть очень далеко, за сотни километров. Большинство зеленых лучей, которые приходилось наблюдать, вспыхивали в море всего лишь на мгновение. У моряков даже существует поверье, что зеленый луч предвещает увидевшему его счастливую жизнь.

Чем же вызван столь необычный для землян цвет заката? Стоит начать с того, что атмосфера Марса сильно отличается от земной — у нее другой состав газов, в сто раз меньше плотность и она насыщена очень мелкой пылью.

Свет состоит из волн разной длины, поэтому, если вы проведете знаменитый опыт Ньютона и поймаете солнечный луч в призму, то он разложится на цветные лучи — в спектр. Когда солнечные лучи встречаются с пылью, плавающей в марсианской атмосфере, происходит то же самое, но при этом пыль поглощает большую часть волн синей части спектра. Поэтому небо на Марсе преимущественно красного цвета.

Но во время заката, если смотреть прямо на Солнце, можно увидеть синий цвет. Происходит это из-за того, что лучи проходят в атмосфере больший путь, чем днем. В этот момент на них начинает действовать эффект, называемый рэеелевским рассеянием — атмосфера рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового света. Кстати, именно из-за этого эффекта и толстого слоя атмосферы небо на нашей планете голубого цвета.

Действие эффекта хорошо заметно на фотографиях из космоса.

Ровер «Оппортьюнити» был запущен к Марсу еще в 2003 году, за его управление отвечает Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене. Марсоходу принадлежит множество рекордов и открытый — например, он рекордсмен по расстоянию, пройденному по внеземной поверхности (второе место — впрочем, данные разнятся — занимает советский «Луноход-2»). «Оппортьюнити» преодолел уже почти 42 километра, хотя, как отмечают сотрудники проекта, 11 лет назад, когда он начинал первую миссию, никто не ожидал таких результатов. В настоящее время ровер занимается исследованием края 22-километрового кратера Индевор, его цель — изучение западного края, а также залежей глинистых минералов, на которые в прошлом воздействовала жидкая вода.

У ровера есть «брат-близнец» — марсоход «Спирит», их приземление произошло с разницей в 3 недели в 2004 году. Роверы обнаружили множество свидетельств существования в прошлом планеты воды на поверхности, однако в 2010 году «Спирит» перестал выходить на связь, а в 2011 году его миссию объявили законченной.

Помимо «Оппортьюнити», Красную планету в настоящее время исследует марсоход «Кьюриосити», запущенный в 2011 году и приземлившийся в 2012 году. С орбиты исследования ведут межпланетная станция НАСА MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) , орбитальный зонд НАСА Mars Odyssey , межпланетная станция ЕКА Mars Express , а также десятый марсианский орбитальный аппарат НАСА MAVEN и индийская межпланетная станция Mangalyaan (Mars Orbiter Mission) , которая является первым индийским космическим аппаратом, запущенным к другой планете. MAVEN и Mangalyaan достигли орбиты планеты почти одновременно — в сентябре 2014 года.

Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший – синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух – бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом – синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

‘Абдуллаh сын Масhуда говорил, что с закатом солнца каждого дня приближается его смерть, сокращаются дни его жизни, и он сожалеет не об уходящем дне, а о том, чего не смог сделать в этот день лучше, чем в предшествующий день.
Согласно справочной информации закат или заход солнца - это исчезновение диска солнца за горизонтом. Согласно наблюдениям заход солнца часто более яркий, чем восход, с более яркими красными и оранжевыми оттенками. Различия между восходом и заходом солнца могут в некоторых случаях зависеть от географический позиции наблюдателя.
Многим ли в свое жизни довелось наблюдать голубой закат на горизонте? А ведь его могут увидеть многие.

Зеленый, голубой или красный луч солнца на закате считается рядом специалистов метеорологическим, оптическим явлением, настолько редким, что увидеть его, а тем более запечатлеть удается немногим.
Считается, что при исключительно высокой прозрачности воздуха последний луч может быть зелёно-голубым и даже голубым. Подобное явление в силу определенных обстоятельств людьми наблюдается исключительно редко. Считается что луч таких цветов в наиболее явном виде проявляется в самый последний момент захода солнца, когда над горизонтом остается небольшой верхний сегмент, а затем только самый край солнечного диска. Необычный луч можно увидеть и в первые моменты восхода солнца. Чаще всего такое явление наблюдалось над именно морским горизонтов.

Что касается голубого или изумрудного заката, когда большинство пространства у горизонта окрашивается в соответствующий цвета — специалисты в области метеорологии предполагают, что на это явление влияют много факторов окружающей среды, когда луч соответствующего цвета распространяется в пространстве.

Очень редко удавалось наблюдать красный луч. Он возникает в момент появления нижнего края диска солнца под чётко сформированной кромкой тучи, закрывающей остальную часть диска. При этом высота солнца над горизонтом должна быть минимальной, а воздух полностью прозрачным.

Специалисты говорят о том, что для наблюдения зелёного, голубого или красного луча, необходимы три условия: открытый горизонт (в степи, тундре, горах или на море в отсутствие его волнения), чистый (прозрачный) воздух и сторона горизонта, свободная от облаков, где происходит заход или восход солнца. При этом следует учесть, что наблюдение невооруженным глазом - достаточно редкое явление. Используя подзорную трубу, телескоп, бинокль, и заранее наведя прибор на точку восхода или захода солнца, можно увидеть практически в любой день при подходящей погоде. Однако специалисты предупреждают, что смотреть на это явление можно не более нескольких секунд по той причине, что это может быть опасным для органов зрения. При заходе солнца его яркий свет вовсе не позволяет использовать оптику.





Обычная продолжительность видимости луча необычного цвета составляет всего несколько секунд. Специалисты говорят о том, что можно значительно увеличить время его наблюдения, если при его появлении быстро взбегать по насыпи или подниматься с одной палубы судна на другую с такой скоростью, чтобы сохранить положение глаза относительно зелёного луча. В истории известен случай, когда во время одной из экспедиций один исследователь наблюдал зелёный луч в течение 35 минут, при этом он использовал транспортное средство.

16140 0

В ясный, солнечный день небо выглядит ярко-голубым.

Вечером, на закате, небо становится красным, розовым и оранжевым.

Почему небо голубое? Что окрашивает закат в красный цвет?

Отвечая на эти вопросы, мы должны изучить свет и земную атмосферу.

Атмосфера

Атмосфера — это смесь из молекул газа и других веществ, окружающих Землю. Главным образом это азот (78%) и кислород (21%). К другим наиболее распространенным веществам относятся аргон и вода (в виде пара, жидкости и кристаллов льда).

Так же, в небольших количествах, присутствуют другие газы и маленькие твердые частички: пылинки, сажа, пыльца и соль из океана.
Состав атмосферы меняется в зависимости от местоположения, погоды и других вещей.

Например, воды может быть больше в воздухе после урагана или вблизи океана. Вулканы могут выбрасывать в атмосферу большое количество пепла. Загрязнение может добавить различных газов и сажи. Атмосфера плотно прижата ко всей поверхности Земли. Постепенно она становится тоньше, если подниматься все выше и выше. Нет четкой границы между атмосферой и космосом.

Световые волны

Свет — это часть энергии, которая излучается и перемещается в виде волн. Много видов энергии представлены волной. Для примера, звук — это колебания воздуха. Свет — это колебания электрических и магнитных полей. Это лишь небольшая часть огромного ряда электромагнитных колебаний. Этот ряд называется спектром.

Электромагнитные волны движутся в космосе со скоростью близкой к 300.000 км/час. Это называется скоростью света.

Цвет света

Видимый свет — это часть электромагнитного спектра, который могут воспринять наши глаза. Свет Солнца или обычной лампочки состоит из разных цветов. Мы можем видеть эти цвета, преломив свет с помощью призмы. Также они видны в радуге на небе.

Цвета постоянно перемешаны в один. С одного конца спектра находятся красный и оранжевый цвета. Они постепенно переходят в желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Цвета имеют различную длину волны, частоту и энергию. Фиолетовый цвет с самой короткой длиной волны из видимого спектра. Это значит, что у него самая высокая частота и энергия.

С красным цветом все наоборот: частота и энергия самые низкие, но длина волны самая длинная.

Свет в воздухе

Свет перемещается в космосе по прямой линии, до тех пор, пока не встретит препятствие на своем пути. Когда же свет движется в атмосфере, он продолжает двигаться по прямой линии, до тех пор, пока не натыкается на молекулы воздуха. Что происходит после столкновения, зависит от длины волны и частоты.

Частички пыли и капли воды гораздо больше, чем длина волны видимого света. Свет, сталкиваясь с этими частичками, отражается и меняет траекторию движения. Различные цвета света одинаково отражаются от частичек. Отраженный свет остается белым, так как продолжает содержать в себе все цвета в перемешанном виде.

Молекулы газа гораздо меньше длины волны видимого света. Когда свет сталкивается с ними, может произойти что угодно. Например, он может быть поглощен молекулами. И тогда они начнут излучать его, но уже в другую сторону. Все цвета поглощаются, но голубой делает это сильнее, чем все остальные цвета. Этот процесс получил название «Рэлеевское рассеивание» (По имени английского физика Лорда Рэлея, кто первый открыл это явление в 1870г.)

Почему небо голубое?

Небо окрашено в голубой цвет благодаря Рэлеевскому рассеиванию. Когда свет проходит сквозь атмосферу, голубой цвет поглощается молекулами воздуха и отражается в разных направлениях. Это явление наблюдается вокруг всей Земли. Куда бы вы не посмотрели, везде вас настигнет отраженный синий цвет. Поэтому все небо выглядит голубым.

У самого горизонта цвет неба не такой насыщенный, это связано с тем, что ему приходится пройти больший объем воздуха.

Черное небо и белое Солнце

С Земли Солнце выглядит желтым. Если вы окажетесь в космосе или на Луне, то Солнце станет белым. В космосе нет атмосферы и свет Солнца ни от чего не отражается. Не будь атмосферы, небо выглядело бы черным.

Почему закат красный?

Солнце клонится к закату и свету придется пройти большое расстояние через атмосферу, прежде чем долететь до вас. Большая часть света отражается и поглощается. Чем меньше долетает света, тем менее ярким выглядит Солнце. Его цвет меняется от оранжевого до красного, так как эти цвета имеют самую большую длину волны.

Вокруг заходящего Солнца небо может принимать различные цвета.

Особенно зрелищно это выглядит, когда в небе взвешено много мелких частичек. Они отражают свет в различных направлениях, и небо окрашивается в красный, оранжевый и розовый цвета.