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
«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
Плоды эмансипации Плоды эмансипации

Энергия и любознательность сочетались у Дашковой с несносным характером

Дилетант
10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать 10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать

Еще 10 причин ходить и оглядываться

Maxim
«Ковёр» на Ковентри «Ковёр» на Ковентри

«Любое нападение с воздуха на гражданских противоречит законам ведения войны»

Дилетант
«Коммерческий смысл в таких сделках потерялся» «Коммерческий смысл в таких сделках потерялся»

Высокая ключевая ставка ЦБ делает инвестиции в инфраструктурные проекты

Монокль
Малярийный комар: как он выглядит, чем опасен и есть ли в России Малярийный комар: как он выглядит, чем опасен и есть ли в России

Почему малярийные комары в России почти не представляют опасности

РБК
На контрасте На контрасте

Уютный интерьер с мужским характером в новом районе Фили в Москве

SALON-Interior
Лимит на секс: откуда взялся миф, что женщины моногамны Лимит на секс: откуда взялся миф, что женщины моногамны

Почему женщины должны быть моногамны? Откуда взялся этот стереотип?

Forbes
Гид по городам России, отметившимся в биографиях людей искусства Гид по городам России, отметившимся в биографиях людей искусства

Руководство по местам силы русских классиков

Правила жизни
Стресс и месячные Стресс и месячные

Как нервное напряжением влияет на менструальный цикл

Лиза
«Старые» деньги vs «новые» деньги: почему «понты» выдают комплекс неполноценности «Старые» деньги vs «новые» деньги: почему «понты» выдают комплекс неполноценности

Почему одни люди стремятся к роскоши, а другие — только к «понтам»?

Psychologies
Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат

Рассказываем о необычном увлечении игрока Сборной Англии по футболу

Forbes
Чтобы кишечник работал как часы: 10 незаменимых продуктов для хорошего пищеварения Чтобы кишечник работал как часы: 10 незаменимых продуктов для хорошего пищеварения

Что входит в топ-10 незаменимых для хорошего пищеварения продуктов?

ТехИнсайдер
Стюардессы рассказали, как мстят пассажирам, которые им не нравятся Стюардессы рассказали, как мстят пассажирам, которые им не нравятся

С бортпроводницами воздушного судна лучше не ссориться

Maxim
Стикеры, эмодзи, смайлики: как формируется этикет общения в соцсетях Стикеры, эмодзи, смайлики: как формируется этикет общения в соцсетях

Чем руководствоваться при выборе смайлика? Разбираемся с психологом

Psychologies
Александр Аверьянов Александр Аверьянов

Александр Аверьянов — самый успешный «охотник» на динозавров в России

Собака.ru
Таня Сафонова Таня Сафонова

Автор, художник и иллюстратор Таня Сафонова (aka Серафима Патиссон)

Собака.ru
Стивен Кинг одобряет: как фильм ужасов «Полночь с дьяволом» стал сенсацией Стивен Кинг одобряет: как фильм ужасов «Полночь с дьяволом» стал сенсацией

«Полночь с дьяволом»: чем впечатляет эта жуткая сатира на ток-шоу 70-х

Forbes
Все течет, все меняется Все течет, все меняется

Плавучие школы и больницы, плантации суперфудов – как живут в Амазонии

Вокруг света
8 легких способов повысить уровень дофамина 8 легких способов повысить уровень дофамина

Когда вырабатывается дофамин? Как увеличить его количество в организме?

Psychologies
Балтийский берег Балтийский берег

Составили идеальную ознакомительную программу по Калининграду и его окрестностям

Лиза
Над облаками Над облаками

Интерьер, в котором соединились лаконичность экостиля и эстетика бохо

SALON-Interior
5 страхов, которые мешают нам просить помощи 5 страхов, которые мешают нам просить помощи

Как справиться со страхами и научиться просить помощи?

Psychologies
Что такое вечный учет автомобиля и какие машины на него ставят Что такое вечный учет автомобиля и какие машины на него ставят

Что подразумевается под «вечным учетом» и возможно ли снять с него машину

РБК
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
Компании сознательно размещают небольшие пакеты акций Компании сознательно размещают небольшие пакеты акций

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

Деньги
Битва на сверхзвуке: почему советский Ту-144 круче британо-французского «Конкорда» Битва на сверхзвуке: почему советский Ту-144 круче британо-французского «Конкорда»

Сравнение советского самолета Ту-144 с британо-французским Concorde

Maxim
Гидроэнергетика с выдумкой: 4 знакомых и незнакомых типа ГЭС Гидроэнергетика с выдумкой: 4 знакомых и незнакомых типа ГЭС

Типы гидроэлектростанций, про которые знают только специалисты

ТехИнсайдер
Шимпанзе верно оценили вероятности Шимпанзе верно оценили вероятности

Шимпанзе способны решать задачу двух чашек

N+1
Открыть в приложении