Очень трудно найти ответ на такой простой вопрос. Много ученые ломали голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предположил 100 лет назад английский физик Джон Рэлей.
Но начнем сначала. Солнце излучает ослепительно белый цвет. Значит и цвет неба должен таким же, но все таки оно голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?
Мы уже знаем, что белый свет-смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу. Призма раскладывает белый луч на цветные полосы: красную, оранжевую, желтую, зеленую, голубую, синюю и фиолетовую. Соединяясь вместе лучи вновь образуют белый свет.
Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.
Так что же все-таки происходит? Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю, - смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствует еще водяной пар и кристалики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находиться слой озона. Может быть причина в этом?
Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой свет.
В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьший степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий свет.
Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет и мы могли бы любоваться ярким белым небом. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение: именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.
Вот это объяснение. Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем пускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета-от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны.
Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.
Каков результат? Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из мириадов молекул газов атмосферы. К этому свету перемешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто-синего тона.