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

Аква инкогнита Аква инкогнита

Как вода нарушает правила жидкостей

Вокруг света
(Не)случайная встреча (Не)случайная встреча

Антиквариат — всегда про случайную встречу — с покупателем и с предметом

Seasons of life
Остудить землю Остудить землю

Самые распространенные направления геоинженерии

Вокруг света
7 футболистов, которые работают с психологом 7 футболистов, которые работают с психологом

Как и почему футболисты обращаются к психотерапевтам?

Psychologies
Игра с понятиями Игра с понятиями

Включение Кавказа в состав Российской империи — завоевание или усмирение?

Дилетант
Боль в пятке Боль в пятке

Что такое пяточная шпора? Можно ли её вылечить?

Здоровье
Популяция последних шерстистых мамонтов произошла всего от восьми предков Популяция последних шерстистых мамонтов произошла всего от восьми предков

Палеогенетики проанализировали геномы 21 шерстистого мамонта

N+1
3 шага, чтобы извлечь пользу из стресса 3 шага, чтобы извлечь пользу из стресса

Можно ли превратить стресс в полезный ресурс?

Psychologies
«Плохое поведение»: драма об утерянной связи матери и дочери с Дженнифер Коннелли «Плохое поведение»: драма об утерянной связи матери и дочери с Дженнифер Коннелли

«Плохое поведение»: драма о матери и дочери, которые вновь обретают друг друга

Forbes
И след простыл: 5 случаев загадочного исчезновения людей И след простыл: 5 случаев загадочного исчезновения людей

Пугающие и загадочные случаи исчезновения людей

ТехИнсайдер
Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров

Владельцы пунктов выдачи заказов зарабатывают на своем бизнесе все меньше

Forbes
Варвара Убель: «Я знаю формулу хита» Варвара Убель: «Я знаю формулу хита»

Варвара Убель — молодая и амбициозная певица, абсолютно своя в мире джаза

ЖАРА Magazine
8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам 8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам

Финансовые советы для людей старше 50 лет

VOICE
История чемпионата Европы по футболу: факты, которые вы могли не знать об этом соревновании История чемпионата Европы по футболу: факты, которые вы могли не знать об этом соревновании

Экскурс в историю Чемпионата Европы по футболу

ТехИнсайдер
Что такое DSG и как работает эта коробка передач Что такое DSG и как работает эта коробка передач

Все о DSG: что это такое, как работает, виды, плюсы и минусы

РБК
Ревень Ревень

Чем полезен ревень и что из него можно приготовить?

Здоровье
А, В, С-план А, В, С-план

Какие 3 шага отделяют нас от стройности?

Лиза
Петер Фламм: «Я» — обретенная классика Петер Фламм: «Я» — обретенная классика

Фрагмент забытого романа: Петер Фламм «Я»

СНОБ
«Представился Дэном Купером и купил билет»: как неизвестный мужчина совершил угон самолета в 1971 году «Представился Дэном Купером и купил билет»: как неизвестный мужчина совершил угон самолета в 1971 году

Каким был единственный нераскрытый угон коммерческого самолета в истории США

ТехИнсайдер
Как из неудачника сделать «небесного дьявола». История создания самолета Ту-134 Как из неудачника сделать «небесного дьявола». История создания самолета Ту-134

Как туполевские авиаконструкторы создали пассажирский реактивный самолет

ТехИнсайдер
Кто такие мужчины-грызуны и почему они нравятся женщинам Кто такие мужчины-грызуны и почему они нравятся женщинам

«Мужчины-грызуны»: как появился этот термин и почему опасно прикипать к типажам?

Psychologies
«Ты уже взрослый, я знаю»: лучшие фильмы с Тоби Магуайром «Ты уже взрослый, я знаю»: лучшие фильмы с Тоби Магуайром

Собрали главные фильмы с участием актера Тоби Магуайра

Правила жизни
5 книг, которые помогут развить критическое мышление, креативность и другие навыки 5 книг, которые помогут развить критическое мышление, креативность и другие навыки

Книги, которые помогут узнать что-то новое или прокачать свои старые знания

Maxim
«Пиратское просвещение, или Настоящая Либерталия» «Пиратское просвещение, или Настоящая Либерталия»

С какой целью малагассийские женщины околдовывали иноземцев

N+1
Разрешение на выезд Разрешение на выезд

130 лет назад в России появился первый автомобиль

Автопилот
«Один маленький ночной секрет»: сборник рассказов режиссера Наталии Мещаниновой «Один маленький ночной секрет»: сборник рассказов режиссера Наталии Мещаниновой

Отрывок из сборника жесткой, бескомпромиссной и одновременно нежной прозы

Forbes
Что нужно мужчинам для здоровой сексуальной жизни? Узнайте ответ экспертов! Что нужно мужчинам для здоровой сексуальной жизни? Узнайте ответ экспертов!

Как мужчине поддержать сексуальное здоровье?

ТехИнсайдер
Почему стыд бывает «испанским», но не африканским? Почему стыд бывает «испанским», но не африканским?

Чувство стыда посещает всех людей, но почему стыд называли испанским?

ТехИнсайдер
На что придется раскошелиться туристу на Крайнем Севере и где можно сэкономить На что придется раскошелиться туристу на Крайнем Севере и где можно сэкономить

Сколько стоит отдохнуть в самых «раскрученных» местах в Кольском Заполярье

ФедералПресс
Дизайн в дизайне Дизайн в дизайне

На облик этого дома повлиял творческий почерк дизайнера-модельера Игоря Чапурина

Идеи Вашего Дома
Открыть в приложении