Весеннее небо подарило удивительно красивую картину : сквозь просвет в верхушках кучевых облаков пробиваются солнечные лучи, веером уходя вдаль и выделяясь на фоне синего неба.
Глядя на эту картину, вспомнилось выражение прелестной Лисички Алисы, которую сыграла в фильме "Приключения Буратино" Елена Санаева.
-- Какое небо голубое!
Сегодня я хочу рассказать, почему же это небо действительно голубое.
Большинство людей либо не задумывается над этим, либо считает, что чёрное космическое пространство, видимое по ночам, днём делается голубым благодаря яркому Солнцу.
Так думали многие люди до 1869 года, пока ирландский физик Джон Тиндалл, проводивший исследования чистоты воздуха, не обнаружил, что яркий свет, рассеиваемый наночастицами, имеет голубой оттенок. Объяснение этому дал в 1871 году другой физик, которого мы знаем под именем Лорд Рэлей. Правда, он не делал опыты, а пришёл к выводу с помощью вычислений. И его вывод сегодня известен как Рэлеевское Рассеяние.
Если объяснять простым языком, звезда, дающая жизнь Солнечной Системе - Солнце, излучает широкий диапазон световых волн. Летящие в этих волнах частички Фотоны встречают на пути различные препятствия. На поверхности Земли это может быть, например, загорающий на пляже и читающий эту публикацию, человек. Его тело поглощая эти фотоны, становится видимым для обычного зрения. И чем больше фотонов оно поглотит, тем темнее оно должно быть. Нет, я не о загаре. Есть в Природе тела, которые отражают часть света, а есть такие, что поглощают почти всё.
Отражающие тела мы видим в разных цветах, а вот поглотители кажутся абсолютно чёрными.
Но кроме больших загорающих тел, в атмосфере летает огромное количество маленьких, которые тоже улавливают эти фотоны. И эти тела мы можем разделить на микро и нано. Математически это частички размером с шестью и девятью нолями после запятой, и я беру их просто для облегчения понимания.
Микрочастицы здесь - это пыль, водяные капельки тумана, льдинки облаков. А вот наночастицами я обозначу атомы и молекулы газов, из которых состоит воздух.
И большие и маленькие частички в воздухе улавливают фотоны. Но часть фотонов всё же избегает контакта, и образует то, что мы называем Рассеянным Светом. Порой этот свет не менее эффективен, чем прямой солнечный. Например, рассеянный свет хорошо освещает растения под пологом древесных ветвей, в то время как прямые солнечные лучи освещая кроны, отбрасывают насыщенную тень, способную ограничить фотосинтез этих растений.
"Рэлеевское Рассеяние" объясняет, какую роль в играют частички "нано" в рассеивании света и голубизне неба. Фотоны солнечного света несут энергию, которую они отдают атомам и молекулам, приводя их в возбуждённое состояние. Возбуждённые частички начинают колебаться, производя излучение, которое мы тоже воспринимаем как рассеянный свет. Но Солнце выпускает широкий диапазон световых волн. Все вместе волны сливаются образуя белый свет, но по отдельности каждая из них отличается. В одной из моих ранних публикавий есть пример разложения белого света на составляющие. Хорошо эти волны характеризует радуга. Самая длинная световая волна - красная, за ней оранжевая, жёлтая, зеленая. А вот самые короткие - синяя и фиолетовая. И чем короче волна, тем сильнее молекулы и атомы газов атмосферы, будут рассеивать её свет. Улавливая фотоны синей и фиолетовой, самых коротких волн, молекулы сами начинают излучать эти цвета. Глаз человека смешение синего и фиолетового воспринимает как голубой. Прямые солнечные лучи, пройдя намного большее расстояние через атмосферу, и растеряв в пути короткие волны, нам кажутся жёлтыми. А вот во время восходов и закатов самое большое расстояние сквозь атмосферу приходится преодолевать и самой длинной световой волне - красной. Синий цвет вечернего неба поддерживают поглощающие свет частички Озона в верхних слоях атмосферы.
А вот микрочастицы рассеивают свет совершенно иначе. Размер водяных капелек намного крупнее и они улавливают волны всех длин и всего спектра. Поэтому облака выглядят белыми. Процесс этот называется "Рассеяние Ми" в честь открывшего его немецкого физика Густава Ми.
Показанные на снимках Лучи, струящиеся в промежутках облаков, расходятся веером преодолев "препятствие". И кажется, будто Солнце где-то поблизости светит именно в это "отверстие". На самом деле "веер" создает нам перспектива. Та самая, что делает сужающейся вдали железную дорогу, высокое здание. И эти лучи, рассеиваемые крупными частичками пыли, капелек водяного пара, кристалликами льда, выглядят светлыми на фоне синеющего в далёкой вышине газа.