|
Почему небо голубое?
|
|
27-12-2012 18:08
|
|
Мюррей ГАМИЛЬТОН
|
|
|
|
Пространство между нами и космосом занимает воздух, состоящий из очень маленьких молекул. В воздухе находятся также и другие вещества — аэрозоли, пыль, туман, облака, дым и т.д.
|
|
|
|
Чтобы достичь поверхности земли, солнечный свет должен пройти через эти объекты. Но часть света не доходит до поверхности, а если доходит, то непрямым путём.
|
|
|
|
Почему? Потому что часть света рассеивается объектами в атмосфере.
|
|
|
|
Видимый свет представляет собой электромагнитные волны довольно узкого диапазона длины (приблизительно 390-700 нанометров, где 1 нанометр равен одной миллиардной метра). Этот электромагнитный спектр охватывает диапазон от очень длинных радиоволн до чрезвычайно коротких гамма лучей.
|
|
|
В пределах видимой части спектра красный свет имеет большую длину волн, чем голубой — 650 нм против 450 нм.
|
|
|
|
Когда свет рассеивается в атмосфере, величина и угол рассеивания зависят от длины волны и размера рассеивающего объекта.
|
|
|
|
Если размер рассеивающего объекта значителен по сравнению с длиной волны рассеиваемого света, то его форма также имеет значение.
|
|
|
|
Молекулы являются наименьшими рассеивающими объектами, они в 1000 раз меньше длины волны видимого света. Для молекул — таких, как молекулы азота, который составляет 78% атмосферы, зависимость интенсивности рассеивания от длины волны обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны.
|
|
|
|
То есть, сравнивая голубой и красный цвет, мы берём соотношение длины волны (650/450) и возводим его в четвёртую степень, чтобы рассчитать, насколько более вероятным будет рассеивание голубого цвета, чем красного (получается 4.3 раза).
|
|
|
|
Голубой свет, проходя от солнца через атмосферу Земли рассеивается по направлению к вашим глазам.
|
|
|
|
Таким образом, небо выглядит голубым, поскольку рассеивание от молекул более вероятно для голубого света, чем для красного.
|
|
|
|
В любом направлении голубого света так много, что он полностью подавляет свет звёзд, которые, тем не менее, продолжают светить и днём.
|
|
|
|
Если вы приблизитесь к космосу достаточно близко, увидите, что небо там чёрное. Это происходит потому, что там наверху нет никаких значительных объектов, которые бы рассеивали солнечный свет перед вашими глазами.
|
|
|
|
И наоборот, если вы смотрите прямо на солнце сквозь чистую атмосферу (без дыма или пыли), значительное количество голубого света отсеивается с линии взгляда, что придаёт солнцу желтоватый оттенок.
|
|
|
|
Этот вид рассеивания — когда рассеивающий объект значительно меньше длины волны света — назван рэлеевским рассеиванием в честь британского физика 19-го века, лорда Рэлея.
|
|
|
|
На закате путь солнечного света через атмосферу к вашим глазам особенно длинный. В этом случае так много голубого света теряется (т.е. отсеивается), что солнце выглядит оранжевым или даже красным.
|
|
|
|
Капельки воды или кристаллы льда, которые составляют облака, довольно крупные по сравнению с длиной волны видимого света (по крайней мере, в 20 раз больше). В этом случае рассеивание света сильное и почти не зависит от длины волны, во всяком случае, в видимом диапазоне. Облака выглядят белыми или разных оттенков нейтрального серого цвета, если они находятся в тени других облаков.
|
|
|
|
Этот снимок заходящего солнца показывает окрашивание в красный свет, обусловленное эффектом рассеивания. Мы не можем видеть на этом снимке, что само солнце выглядит красным. Однако рассеянный облаками солнечный свет — красного цвета. Частички облаков имеют очень малую зависимость длины волны от рассеивающего объекта (для видимого света). Таким образом, цвет облаков на снимке обусловлен попадающим на них солнечным светом.
|
|
|
|
Если вы примите во внимание зависимость интенсивности рассеивания от длины волны для частиц среднего размера, то обнаружите, что в узком волновом диапазоне эта зависимость изменяется в обратную сторону. То есть в этом диапазоне, который может охватить видимый спектр, интенсивность рассеивания сильнее для более длинных волн.
|
|
|
|
Частицы такого размера могут находиться в видимом спектре. В этом случае, когда солнечный свет проходит через воздух, в котором присутствуют такие частицы, красный свет рассеивается, и солнце (или луна) будет выглядеть голубоватым.
|
|
|
|
Это редкое явление имеет место в том случае, когда выбросы вулканического пепла или лесные пожары заполняют атмосферу частицами соответствующего размера.
|
|
|
|
В отличие от Земли, марсианская атмосфера довольно пыльная, и небо на Марсе оранжевого цвета, иногда с голубыми закатами. Это объясняется тем, что частицы пыли на Марсе намного превышают размер молекул углекислого газа, из которого состоит атмосфера красной планеты.
|
|
|
|
То, что атмосфера на Марсе очень разреженная, означает, что интенсивность рассевания из-за пыли имеет там сравнительно большее значение, чем на Земле.
|
|
|
|
Когда-нибудь, лёжа в траве и любуясь белыми облаками, плывущими по изумительно голубому небу, вспомните физическое явление, которое обуславливает то, что вы видите.
|
|
|
|
http://www.epochtimes.ru/content/view/69291/5/
|
