С давних еще советских времен одни и те же предметы или явления почему-то виделись иначе по разные стороны баррикады или “железного занавеса”. Если наши, то разведчики, а если их, то обязательно шпионы. У нас один континент – Евразия, а у них Европа и Азия. На орбиту вокруг Земли отправлялись наши космонавты, но астронавты - с другой стороны. Однако и те, и другие неизменно испытывали восторг и трепет, вглядываясь в сияние бесчисленных звезд на фоне зловещей тьмы пространства или космоса. Там наверху пустота, окружающая нашу планету, выглядит угольно черной. Почему же здесь, дома, на Земле, в хороший солнечный день мы видим такой милый сердцу голубой цвет неба (с которым наш вид сроднился за миллионы лет эволюции)?
Для начала определимся, что такое цвет и свет. Свет– это электромагнитное излучение или волна, которая характеризуется своей длинной. Самым очевидным источником света является наше Солнце. Оно испускает волны самой разной длины, но наш глаз воспринимает только их малую часть. Те, что подлиннее, мы видим, как красные, а самые короткие – фиолетовые. Между ними – все остальные цвета радуги. Обычная лампочка тоже излучает в разных диапазонах.
Хоть это и волна, во многих случаях свет можно представлять, как множество маленьких, микроскопических шариков разного веса. Называются они фотоны. Влетают такие шарики в наш глаз и, в зависимости от силы удара, мы видим разные цвета. Фотон полегче воспринимается красным. Чуть потяжелее– уже зеленым. Самый тяжелый– фиолетовый. Оказывается, что все предметы вокруг нас могут как поглощать, так и отражать такие шарики. Взять хотя бы красную машину. От Солнца на нее падает свет, т.е. прилетают фотоны всех возможных цветов. Почти все они поглощаются, только красные отскакивают, причем во все стороны. Посмотрим мы на такую машину - непременно несколько красных фотонов к нам в глаз и залетит – мы это воспринимает именно как красный цвет. Если от другой машины нам в глаз отскакивают одинаково шарики всех цветов, мы будем воспринимать ее белой. А если наоборот – фотоны от машины вообще не отскакивают – она черная.
Имея такую картинку в голове, осталось разобраться с небом.
Итак, свет можно представлять в виде шариков, очень-очень маленьких. Каждый шарик – фотон - несет на себе только один, определенный (монохромный) цвет. Всего таких фотонов-цветов бесчисленное множество, они могут иметь любой мыслимый оттенок из цветовой гаммы. Но что удивительно, фотонов белого цвета нет, это всегда “смесь” нескольких монохромных, как правило достаточно всего 3 – красного, зеленого и синего, что и делается в обычных цветных телевизорах. Смешивая монохромные фотоны тоже можно получить любой оттенок.
Важно, однако, не забывать одно очень важное отличие фотонов от любых других шариков, которые вы можете себе представить. Фотоны нельзя увидеть “со стороны”. Возьмем, к примеру, теннисный мяч, или футбольный, то же ведь “шарики”. Мы их видим, даже если они лишь пролетают мимо, а не в голову. А вот фотоны – никак. Мы можем распознать лишь те, что влетели в глаз, физически провзаимодействовали. А залететь они могут, только если мы смотрим непосредственно на источник фотонов (солнце, лампочка, телевизор…), или если они отразились от предметов вокруг нас. Поэтому, кстати, очень непросто увидеть “сбоку” лазерную указку, или луч фонарика, только если в воздухе много пыли, от которой фотоны могут отразиться и перенаправиться в нашу сторону. В космическом вакууме пыли почти нет, там вообще ничего нет, на то и вакуум – лазерный луч никак не увидеть. Так что во всех фантастических фильмах “пиу-пиу” – это всего лишь красивая картинка.
И наконец про небо. Вот стоим мы на земле, голову задрали, а там в вышине пролетают фотончики. Так бы и лететь им, нас не беспокоя. Но нет, атмосфера мешает. Воздух в ней неоднородный, плотность меняется, флуктуирует, если по умному. В результате фотоны слегка меняют направление движения, много раз – мы говорим рассеиваются. И в конце концов могут так повернуться, что в глаз нам и залетают. И тут выясняется, что чем тяжелее фотоны (фиолетовые и синие, ну может немного зеленых), тем сильнее они рассеиваются. Т.е. легкие фотоны в основном пролетают мимо, а тяжелые, поворачивая к нам, и создают интегральную картинку голубого неба.
Папа физик – проще о сложном.