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

Превратности распада Превратности распада

После смерти царя Ирода Великого в Иудее вспыхнули нескончаемые беспорядки

Знание – сила
Подтеков нет, но антифриз уходит. Куда, почему, и что с этим делать Подтеков нет, но антифриз уходит. Куда, почему, и что с этим делать

Все о падении уровня антифриза: куда уходит, что смотреть, как чинить

РБК
Установлены причины извержения вулканов в Центральной Азии 100 миллионов лет назад Установлены причины извержения вулканов в Центральной Азии 100 миллионов лет назад

Почему в Центральной Азии в меловой период происходил масштабный вулканизм

Знание – сила
«Коммерческий смысл в таких сделках потерялся» «Коммерческий смысл в таких сделках потерялся»

Высокая ключевая ставка ЦБ делает инвестиции в инфраструктурные проекты

Монокль
Техпарад Техпарад

Выстрел «Авророй», космос на 3D-принтере и тактильные виртуальные переживания

ТехИнсайдер
Спасибо, что неживой Спасибо, что неживой

Как в мировом кинематографе менялись отношения людей и их разумных созданий

СНОБ
Федор Хиросигэ Федор Хиросигэ

Петербург накрыло мощным пришествием человека-гриба — это Федор Хиросигэ

Собака.ru
5 фраз, которых должен избегать успешный человек 5 фраз, которых должен избегать успешный человек

Какие фразы программируют нас на неудачи?

Maxim
6 новинок фантастики и фэнтези, чтобы взять с собой в отпуск 6 новинок фантастики и фэнтези, чтобы взять с собой в отпуск

Подборка из недавних хитов фантастики и фэнтези на любой вкус

Maxim
Давид Голощекин Давид Голощекин

Евангелист джаза в России Давид Голощекин раздает вайбы на весь город

Собака.ru
Идея для туриста Идея для туриста

Сергей Кузнецов о том, что делает мегаполисы привлекательными для туристов

Правила жизни
Академия Русского балета имени Вагановой Академия Русского балета имени Вагановой

Академию Русского балета им. Вагановой 11 лет назад возглавил Николай Цискаридзе

Собака.ru
«Театр — проводник инноваций, которые создают норму»: зачем региональной сцене технологии? «Театр — проводник инноваций, которые создают норму»: зачем региональной сцене технологии?

Как инновации влияют на посещаемость региональных спектаклей?

Правила жизни
О чём нужно помнить, чтобы всё не забыть О чём нужно помнить, чтобы всё не забыть

Что может спровоцировать и ускорить развитие когнитивных нарушений?

Здоровье
Вдвое больше «ноздрей»: BMW представила X3 нового поколения Вдвое больше «ноздрей»: BMW представила X3 нового поколения

Баварцы показали новый кроссовер Х3 — модель поколения G45

Maxim
Отечественный софт: «15 лет на пути к успеху» Отечественный софт: «15 лет на пути к успеху»

Как изменилась российская ИТ-индустрия за 15 лет

ФедералПресс
8 фактов о зависимости, которые я узнала, работая в рехабе: рассказ клинического психолога 8 фактов о зависимости, которые я узнала, работая в рехабе: рассказ клинического психолога

Почему зависимость — это болезнь, а срыв — часть процесса лечения

Psychologies
«Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России «Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России

Почему пиво не стоит пить из горла — консультант рассказывает Евгений Смирнов

СНОБ
Промоутер Илья Бортнюк: Мне нравятся фестивали, которые вписаны в городскую среду Промоутер Илья Бортнюк: Мне нравятся фестивали, которые вписаны в городскую среду

Промоутер Илья Бортнюк — о музыке в 1990-е и Михаиле Шуфутинском

СНОБ
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
6 причин, по которым люди не уходят из токсичных отношений 6 причин, по которым люди не уходят из токсичных отношений

Почему же разорвать болезненные отношения настолько сложно?

Psychologies
«Она работала в бутике в Бирюлево»: российские ситкомы 2000-х — от худшего к лучшему «Она работала в бутике в Бирюлево»: российские ситкомы 2000-х — от худшего к лучшему

Список из самых популярных ситкомов, вышедших с 2001 по 2010 год

Правила жизни
Душа на замке: почему иногда нам так трудно проявлять свои чувства Душа на замке: почему иногда нам так трудно проявлять свои чувства

Что происходит, если мы теряем контакт с нашими чувствами?

Psychologies
5 задачек для родителей 5 задачек для родителей

Как незаметно и без принуждения привить ребенку хорошие привычки

Лиза
Как выйти из травмирующих отношений: советы из книги «Свобода от нарцисса» Как выйти из травмирующих отношений: советы из книги «Свобода от нарцисса»

Чем опасны отношения с нарциссом и как из них выйти

РБК
Право на культурный дресс-код Право на культурный дресс-код

Что стоит за модой на никабы в России и нужно ли их запретить

Монокль
Salavat Kypere Salavat Kypere

Salavat Kypere — стилист по профессии и готическая принцесса по призванию

Собака.ru
Искусственный интеллект будет бороться со стрельбой в школах? Вот что ждет детей в будущем! Искусственный интеллект будет бороться со стрельбой в школах? Вот что ждет детей в будущем!

ИИ предлагает невероятный потенциал автоматического обнаружения угроз шутинга

ТехИнсайдер
Над облаками Над облаками

Интерьер, в котором соединились лаконичность экостиля и эстетика бохо

SALON-Interior
«В Китае путешествовали всегда» «В Китае путешествовали всегда»

О том, как внутренний и внешний туризм устроены в Китае

Правила жизни
Открыть в приложении