Почему небо может принимать те или иные цвета в разных местах?

Знание – силаНаука

Оттенки неба

Как разнообразны оттенки неба – днем, в сумерках, на восходах и закатах, в горах и в морозной дымке и даже в разные времена года. Почему же небо может принимать те или иные цвета в разное время суток и в разных местах?

Татьяна Морозова

Прежде всего давайте познакомимся с таким понятием, как рэлеевское рассеяние света. Здесь речь пойдет о механизме рассеяния света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Такое рассеяние пропорционально частоте световой волны в четвертой степени и значит, рассеиваются больше всего волны в сине-фиолетовой области видимой части спектра. Рассеяние света Рэлея – это рассеяние без изменения длины волны на частицах, неоднородностях или других объектах, когда размеры рассеивающих частиц меньше длины волны света.

Но что вообще такое рассеяние и как рассеивает молекула? Свет рассеивается только при взаимодействии с молекулами и частицами, иначе он проходит через среду беспрепятственно. При этом молекула наиболее вероятно рассеивает свет в направлении назад и вперед, нежели в перпендикулярном. Таким образом, часть рассеянного света все равно дойдет до наблюдателя.

Когда луч солнечного света, который имеет в своем спектре все цвета видимого диапазона и потому кажется нам интегрально белым, проходит через атмосферу, некоторые цвета солнечного луча рассеиваются и поглощаются молекулами воздуха и взвешенными частицами, изменяя его цвет.

Небо днем голубое ввиду рэлеевского рассеяния света, имеющего максимум в коротковолновой области спектра (сине-фиолетовых оттенках). Однако оно не фиолетовое, потому что интенсивность солнца в голубых лучах больше (согласно закону о тепловом излучении абсолютно черного тела), и интегральная картинка всего видимого диапазона воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутый от фиолетового края, но тяготеющий именно к этой стороне спектра. Более того, глаз человека лучше воспринимает синие цвета, нежели фиолетовые.

Почему возле самого солнца днем небо светлее? Все длины волн рассеиваются и суммарно дают белый свет.

Когда солнце движется к закату, свет от него проходит через бόльшую толщу атмосферы, чем днем, когда солнце находится вблизи зенита, и путь, преодолеваемый светом, увеличивается. Молекулы атмосферы поглощают и рассеивают синий свет гораздо лучше, чем красный, поэтому солнечный свет теряет коротковолновую составляющую, а другие цвета, такие как красный, оранжевый и желтый, могут продолжать проходить сквозь атмосферу без изменений. Поэтому небо на закате кажется красным там, где заходит или недавно зашло солнце. Более того, при рассеянии большей части спектра общая интенсивность излучения снижается, и на солнце, готовое уйти за горизонт, можно смотреть безболезненно. Самые красные оттенки наблюдаются у горизонта, потом они плавно переходят в оранжевые и желтые цвета. При этом интенсивность света падает, небо тускнеет.

Градиенты1 в закатном небе обусловлены рассеянием лучей, проходящих различную толщу атмосферы. Синие рассеиваются сильнее, чем желтые и красные, и поэтому их можно наблюдать только в зените относительно заходящего солнца (куда они идут не через такую плотную атмосферу, как к горизонту – с высотой плотность атмосферы экспоненциально падает). Иногда можно заметить и зеленый оттенок, но в очень узкой переходной области. Зеленые цвета получаются потому, что синие уже рассеялись на этой толщине атмосферы, а красные по сравнению с зелеными, которые занимают максимум спектра, еще не начали преобладать.

1. Градиент в данном случае – плавный переход между двумя или более цветами в спектре видимого света или двумя оттенками одного цвета.

Если много взвешенных капель в атмосфере, то небо особо красное практически без желтых оттенков, потому что атмосфера в данном случае плотнее и рассеяние интенсивнее.

На закате у горизонта еще сохраняются лучи, которые подсвечивают вышележащие слои неба, потому они и желто-красные. И также аналогично за ними зеленые и голубые подсвечивают более высокие слои, проходя через меньший слой воздуха (там, где его плотность падает) и меньше рассеиваясь по пути, а до верха дойдут через менее плотные слои атмосферы даже синие.

Когда солнце уже зашло за горизонт, то мы все еще видим желтые оттенки у горизонта. Однако это уже не прямой свет, а рассеянный молекулами, но так как луч суммарно проходит большую толщину атмосферы, то все синие рассеиваются и остается только желтая составляющееся. Для более верхней части неба луч проходит менее плотные слои атмосферы и там меньше рассеянных синих цветов. Почему видны желтые цвета, а не красные – из-за отсутствия прямых лучей.

Сумеречная синева

После заката небо начинает приобретать сине-желтые цвета, причем они располагаются градиентом – у горизонта больше желтых, а выше – синих цветов.

Оказывается, что синева сумеречного неба имеет отчасти другую природу, чем дневного. И это даже по оттенку не совсем такой синий, как днем. В сумерки лучу до зенита снова нужно идти долгий путь, в том числе через плотные слои атмосферы. Если бы существовало только рэлеевское рассеяние, то тогда небо в сумерках было бы бледно-желтое2, потому что все синие относительно желтых рассеялись бы больше.

2. Hulbert, E. O. 1953, JOSA, 43, 113 (Э. О. Халберт. «Объяснение яркости и цвета неба, особенно сумеречного неба», J. Opt. Soc. Am. 43, 113–118).

Помимо рэлеевского рассеяния здесь присутствует еще и новый процесс – поглощение Шаппюи. Когда солнце опускается значительно ниже горизонта, его прямой свет может достигать только верхней атмосферы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Академик Андрей Книппер Академик Андрей Книппер

Жизнь и труды советского и российского геолога Андрея Книппера

Знание – сила
Физическая активность в вечернее время лучше снизила уровень глюкозы в крови Физическая активность в вечернее время лучше снизила уровень глюкозы в крови

Физическая активность людей с ожирением в вечернее время снижает уровни глюкозы

N+1
Сон о Соне Сон о Соне

Самая сексуальная солистка самой популярной группы дала нам интервью!

Maxim
В духе Кандинского В духе Кандинского

Квартира-путешествие в стиле живописи Василия Кандинского

Идеи Вашего Дома
Как не сойти с ума от рабочих чатов: 5 важных шагов Как не сойти с ума от рабочих чатов: 5 важных шагов

Почему избыток рабочих чатов может привести к выгоранию

Psychologies
Вот как выглядели компьютеры в СССР: самые популярные модели Вот как выглядели компьютеры в СССР: самые популярные модели

Как выглядели советские компьютеры? От «Микроша» до ЕС ПЭВМ

Maxim
Где прячутся игрунки? Где прячутся игрунки?

В кронах огромных вековых деревьев обитают удивительные миниатюрные обезьянки

Знание – сила
Андрей Аствацатуров: Время ярких контркультур, похоже, прошло Андрей Аствацатуров: Время ярких контркультур, похоже, прошло

Стоит ли ждать появления новых бунтарей в литературе?

СНОБ
Игра света и тени Игра света и тени

Рисуем здоровый румянец, острые скулы и изящный носик

Лиза
Обновить страницу Обновить страницу

Именитых писателей все сильнее теснят промпт-инженеры человеческих душ

СНОБ
Эксперимент! Современные солдаты проверили, как 3500-летняя броня защищала древних греков Эксперимент! Современные солдаты проверили, как 3500-летняя броня защищала древних греков

Действительно ли древние доспехи эффективно защищали своих владельцев?

ТехИнсайдер
Компании сознательно размещают небольшие пакеты акций Компании сознательно размещают небольшие пакеты акций

В последнее время появилось очень много компаний, вышедших на рынок IPO

Деньги
Что такое функциональная тренировка и чем она отличается от силовой Что такое функциональная тренировка и чем она отличается от силовой

Как составить программу функциональной тренировки?

РБК
Страшные эпизоды из мультсериалов Страшные эпизоды из мультсериалов

Скажем этим мультфильмам спасибо за нашу поломанную психику

Maxim
Мухи у нас Мухи у нас

«Асфальтовые джунгли»: скорая помощь на злых улицах Нью-Йорка

Weekend
Японские отражения Японские отражения

Современная квартира с японской концепцией «красоты в деталях»

Идеи Вашего Дома
Петер Фламм: «Я» — обретенная классика Петер Фламм: «Я» — обретенная классика

Фрагмент забытого романа: Петер Фламм «Я»

СНОБ
Качественный ремонт на скорую руку: как заклеить надувной матрас или плавательный круг Качественный ремонт на скорую руку: как заклеить надувной матрас или плавательный круг

Починить надувной матрас можно всего за 5 минут и без лишних инструментов

ТехИнсайдер
Интервью бывшей жены Бишимбаева: 25 фактов о жизни и расставании с абьюзером Интервью бывшей жены Бишимбаева: 25 фактов о жизни и расставании с абьюзером

Красные флаги, которые иллюстрируют поведение абьюзера

Psychologies
Потепление динозавров Потепление динозавров

Какая температура тела была у динозавров?

Наука и жизнь
6 способов защитить свою собаку от клещей 6 способов защитить свою собаку от клещей

Как обезопасить своего питомца от клещей?

ТехИнсайдер
Исчезнувшая империя, воскресший город Исчезнувшая империя, воскресший город

Располагалась крепость Антония близ северо-западного угла Иерусалимского храма

Знание – сила
В древнем аланском погребении обнаружили костяные коньки В древнем аланском погребении обнаружили костяные коньки

Результаты раскопок на курганном могильнике на границе Северной Осетии и Чечни

N+1
Познаются в беде? 5 мифов о дружбе Познаются в беде? 5 мифов о дружбе

Какие мифы о дружбе до сих пор верны, а какие давно устарели?

Psychologies
«Я из Ламоле» «Я из Ламоле»

Набросок портрета Сюзанны Грасси, хозяйки винодельни, доверяющей только интуиции

Seasons of life
Путешествия во времени и пространстве Путешествия во времени и пространстве

«Город будущего», проблемы архитекторов и «Жилая единица» в Марселе

Знание – сила
Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами

Сколько игроков добираются до большого спорта и становятся миллионерами

Forbes
Космическая гонка за главный земной ресурс Космическая гонка за главный земной ресурс

Дмитрий Кириллов — о нехватке чистой питьевой воды и решении этой проблемы

СНОБ
Премиальная водка — реальность или обман? Премиальная водка — реальность или обман?

Дорогая водка — для тех, кому некуда девать деньги, или классный напиток?

Maxim
«Так уж все устроено»: роман о мире, в котором материнство перестало быть выбором «Так уж все устроено»: роман о мире, в котором материнство перестало быть выбором

Глава из антиутопии о мире, в котором женщина не может распоряжаться своим телом

Forbes
Открыть в приложении