Один из первых вопросов, которые любопытный ребенок часто задает о природном мире, звучит так: «Почему небо голубое?» Тем не менее, несмотря на то, насколько широко распространен этот вопрос, существует много неправильных представлений и неправильных ответов, потому что он отражает океан; потому что кислород — газ синего цвета; потому что солнечный свет имеет синий оттенок — в то время как правильный ответ часто полностью игнорируется.
По правде говоря, причина, по которой небо голубое, заключается в том, что вместе взятые три простых фактора: солнечный свет состоит из света многих разных длин волн, что атмосфера Земли состоит из молекул, которые рассеивают свет с разной длиной волны в разном количестве, и чувствительность наших глаз. Соедините эти три вещи вместе, и голубое небо неизбежно. Вот как это все получается.
Солнечный свет состоит из всех различных цветов света… а затем и некоторых! Фотосфера нашего Солнца настолько горячая, около 6000 К, что излучает широкий спектр света, от ультрафиолета при самых высоких энергиях и в видимое, от фиолетового до красного, а затем глубоко в инфракрасную часть спектр. Свет с самой высокой энергией также является светом с самой короткой длиной волны (и высокочастотным), в то время как свет с более низкой энергией имеет более длинные волны (и низкие частоты), чем аналоги с высокой энергией. Когда вы видите призму, разделяющую солнечный свет на отдельные компоненты, причина, по которой свет вообще расщепляется, заключается в том, что красный свет имеет большую длину волны, чем синий.
Тот факт, что свет разных длин волн по-разному реагирует на взаимодействие с веществом, оказывается чрезвычайно важным и полезным в нашей повседневной жизни. Большие отверстия в вашей микроволновой печи позволяют коротковолновому видимому свету входить и выходить, но сохраняют длинноволновый микроволновый свет, отражая его. Тонкие покрытия на ваших солнечных очках отражают ультрафиолетовый, фиолетовый и синий свет, но пропускают длинноволновые зеленые, желтые, апельсиновые и красные цвета. А крошечные невидимые частицы, составляющие нашу атмосферу — такие молекулы, как азот, кислород, вода, углекислый газ, а также атомы аргона — все рассеивают свет всех длин волн, но рассеивают свет более коротких волн гораздо эффективнее.
Поскольку все эти молекулы намного меньше, чем длина волны самого света, чем короче длина волны света, тем лучше он рассеивается. Фактически, в количественном отношении он подчиняется закону, известному как рэлеевское рассеяние, который учит нас тому, что фиолетовый свет на коротковолновом пределе человеческого зрения рассеивает более чем в девять раз чаще, чем красный свет на длинноволновом пределе. (Интенсивность рассеяния обратно пропорциональна длине волны четвертой степени: I ∝ -4.) В то время как солнечный свет падает повсюду на дневной стороне атмосферы Земли, красные волны с вероятностью рассеяния составляют всего 11%, и поэтому сделай это своим глазам, как фиолетовый свет.
Когда Солнце высоко в небе, вот почему все небо голубое. Чем ярче синий цвет, тем дальше от Солнца вы смотрите, потому что в этих направлениях больше атмосферы (и, следовательно, больше синего света). В любом направлении вы можете видеть рассеянный свет, исходящий от солнечного света, падающего на всю атмосферу между вашими глазами и там, где начинается космическое пространство. Это имеет несколько интересных последствий для цвета неба, в зависимости от того, где находится Солнце и куда вы смотрите.
Если Солнце находится ниже горизонта, свет должен пройти через большое количество атмосферы. Голубее свет рассеивается далеко, во всех направлениях, в то время как краснее свет гораздо меньше шансов распыляться, то есть он приходит в ваших глазах. Если вы когда-либо будете в самолете после захода солнца или до восхода солнца, вы сможете получить потрясающий вид этого эффекта.
Это даже лучший вид из космоса, из описаний, а также изображений, которые вернули астронавты.
Во время восхода / заката или восхода / захода луны свет, исходящий от самого Солнца (или Луны), должен проходить через огромное количество атмосферы; чем ближе к горизонту, тем больше атмосферы должен пройти свет. В то время как синий свет рассеивается во всех направлениях, красный свет рассеивается гораздо менее эффективно. Это означает, что как свет от самого диска Солнца (или Луны) приобретает красноватый цвет, так и свет от окрестностей Солнца и Луны — свет, который попадает в атмосферу и рассеивается только один раз, прежде чем достигнет наших глаз — преимущественно покраснел в то время.
А во время полного солнечного затмения, когда тень Луны падает на вас и препятствует попаданию прямых солнечных лучей на большие участки атмосферы рядом с вами, горизонт становится красным, но больше нигде. Свет, падающий на атмосферу вне пути тотальности, рассеивается во всех направлениях, поэтому в большинстве мест небо все еще заметно голубое. Но около горизонта, тот свет, который рассеивается во всех направлениях, очень вероятно, будет рассеиваться снова, прежде чем он достигнет ваших глаз. Красный свет — это наиболее вероятная длина волны света, которая в итоге превосходит более эффективно рассеянный синий свет.
Итак, после всего сказанного у вас, вероятно, есть еще один вопрос: если более коротковолновый свет рассеивается более эффективно, почему небо не выглядит фиолетовым? Действительно, на самом деле из атмосферы исходит большее количество фиолетового света, чем синего, но есть и смесь других цветов. Поскольку в ваших глазах есть три типа колбочек (для определения цвета), а также монохромные стержни, именно сигналы от всех четырех должны интерпретироваться вашим мозгом, когда дело доходит до назначения цвета.
Конусы каждого типа, а также стержни чувствительны к свету с разной длиной волны, но все они в какой-то степени стимулируются небом. Наши глаза сильнее реагируют на голубые, голубые и зеленые длины волн света, чем на фиолетовые. Даже при том, что есть больше фиолетового света, этого недостаточно, чтобы преодолеть сильный синий сигнал, который передает наш мозг.
Это та комбинация трех вещей вместе:
тот факт, что солнечный свет состоит из света разных длин волн, что атмосферные частицы очень малы и рассеивают свет с меньшей длиной волны гораздо эффективнее, чем свет с большей длиной волны, и что наши глаза реагируют на различные цвета,
это делает небо голубым для людей. Если бы мы могли очень эффективно видеть ультрафиолет, небо, вероятно, казалось бы более фиолетовым и ультрафиолетовым; если бы у нас было только два типа колбочек (например, собак), мы могли бы видеть голубое небо в течение дня, но не красные, апельсиновые и желтые цвета заката. Но не обманывайте себя: когда вы смотрите на Землю из космоса, она тоже голубая, но атмосфера тут не причём!
Материал взят с сайта :
https://po4emu-i-kak.ru/