Ты когда-нибудь замечал, как небо на закате становится красным? А почему иногда после дождя появляется вторая, более тусклая радуга? И что за серебристое свечение в небе летней ночью? Или красные вспышки над грозами, похожие на гигантских медуз?
Физика атмосферы объясняет всё. И некоторые явления до сих пор остаются загадкой.
Я запомнил один случай, когда мы были на смотровой площадке Лахта-центра.
С высоты 360 метров город открывался как на ладони, а где-то далеко над Финским заливом собиралась гроза. Казалось, что мы смотрим на неё сверху, почти как в кино. Молнии били в облака, и это было эффектно, не страшно, а величественно. С тех пор я стал замечать, как по-разному ведёт себя небо: от спокойного заката до грозового шторма. И захотел разобраться, как это работает.
Почему небо голубое днём и красное на закате
Когда солнце находится высоко, свет проходит через атмосферу по короткому пути. Синий свет рассеивается сильнее, поэтому небо днём голубое.
Вечером солнце опускается к горизонту, и его лучам приходится пробиваться через более толстый слой атмосферы. Синий и фиолетовый свет рассеиваются практически полностью. А вот красный, с самой длинной волной, доходит до нас без потерь.
Это называется рэлеевским рассеянием. Закон физики, который объясняет цвет неба.
Как образуется двойная радуга?
Обычную радугу ты видел много раз. Она возникает, когда солнечный свет проходит через капли воды в воздухе, преломляется, отражается от внутренней поверхности капли и выходит наружу, разлагаясь в спектр.
Двойная радуга это когда свет внутри капли отражается не один, а дважды. Вторая радуга всегда расположена выше первой и выглядит более тусклой. И у неё обратный порядок цветов: красный внутри, фиолетовый снаружи.
Почему радуга появляется после дождя и как её увидеть? Это явление объясняет геометрическая оптика.
Ночные светящиеся облака: самое высокое явление в атмосфере.
Это одно из самых загадочных и красивых атмосферных явлений. После заката, когда небо уже тёмное, можно увидеть тонкие серебристо-голубые облака, которые словно светятся сами по себе.
Самые высокие облака на Земле на высоте около 80 км, в мезосфере. Они состоят из мельчайших кристалликов льда. После захода солнца нижние слои атмосферы уже в тени, но солнечный свет всё ещё подсвечивает эти верхние облака.
Их называют серебристыми облаками, и они до сих пор изучаются физиками атмосферы.
Северное сияние: физика полярных широт
Полярное сияние - один из самых зрелищных примеров физики плазмы и магнетизма.
Свечение верхних слоёв атмосферы вызвано столкновением заряженных частиц солнечного ветра с магнитным полем Земли. Когда эти частицы попадают в атмосферу в полярных широтах, они сталкиваются с молекулами кислорода и азота, возбуждают их, и те испускают свет.
Цвет сияния зависит от того, с каким газом столкнулась частица и на какой высоте это произошло: кислород на высоте около 100 км даёт зелёный свет, кислород выше 200 км - красный, азот - синий или фиолетовый.
Световые столбы: иллюзия в морозную ночь
Оптическое явление, которое выглядит как вертикальные полосы света, уходящие вверх от яркого источника (солнца, луны или фонаря). Чаще всего их можно наблюдать в морозную и безветренную погоду.
В воздухе парят мельчайшие ледяные кристаллы, похожие на шестиугольные пластинки или столбики. Когда свет от фонаря или солнца отражается от их плоских граней, мы видим вертикальный столб.
Это просто физика оптики и холодного воздуха.
Спрайты: красные феи над грозами
Мы разобрали красные закаты и двойные радуги. Но есть явления, которые встречаются реже и выглядят так, будто их придумал фантаст Лю Цысинь.
Спрайты - одно из самых загадочных явлений в физике атмосферы, которое легко наблюдают с МКС. Это разряды холодной плазмы, а не нагретые до тысяч градусов каналы, как у обычных молний. Они вспыхивают над грозовыми облаками на высоте 50-90 километров. Выглядят как гигантские красные медузы или корни деревьев, которые живут меньше секунды. Спрайты слишком высоки и быстры, поэтому их почти невозможно увидеть с земли.
Эльфы: светящиеся тарелки в небе
Эльфы появляются на высоте около 100 километров и выглядят как гигантские красные диски диаметром до 400 километров. Они длятся всего несколько миллисекунд. Их свечение возникает, когда электроны в верхних слоях атмосферы возбуждают молекулы азота после мощного удара обычной молнии где-то внизу.
Эльфы и спрайты - высокоатмосферные разряды, которые физики начали изучать только в конце XX века.
Шаровая молния: загадка без ответа
Светящийся шар диаметром от нескольких сантиметров до нескольких метров. Он может парить, двигаться против ветра или проникать через щели в домах. Самое странное: внутри он горячий, но снаружи его почти не чувствовать.
Есть гипотеза, что шаровая молния это металлизированный воздух или оксидная оболочка, внутри которой кипит газ. Но единого объяснения до сих пор нет. Шаровая молния остаётся одной из главных загадок физики.
Что я понял?
Небо не перестаёт удивлять. Закаты и радуги мы уже понимаем. Спрайты и эльфы только начинаем изучать. А шаровая молния до сих пор остаётся загадкой. Физике ещё есть куда расти.
💭А теперь твой ход
Какое из этих явлений тебя поразило больше всего? Или, может, ты сам видел что-то необычное в небе?
Пиши в комментариях🔔