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

Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Угнаться за ростом: сколько бизнесу может стоить баг в разработке Угнаться за ростом: сколько бизнесу может стоить баг в разработке

Как диджитализация вскрывает неструктурированность бизнес-процессов?

Forbes
Продуманный безумец Продуманный безумец

В Петербурге XIX века встречались порой весьма оригинальные личности

Дилетант
Глаша Гурьянова Глаша Гурьянова

Глаша Гурьянова — петербургский бьюти-феномен

Собака.ru
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
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
6 умных книг, которые читаются на одном дыхании 6 умных книг, которые читаются на одном дыхании

Книжные новинки, которые точно оценят интеллектуалы

Maxim
Дарья Павленко, Диана Вишнёва Дарья Павленко, Диана Вишнёва

Две суперзвезды современного танца сошлись на сцене БДТ в «Дуо»

Собака.ru
Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд» Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд»

Жанна Бадоева – о жизни в Италии и об отношении к хейту в соцсетях

Здоровье
Небоскреб в форме паруса. Отелю-символу Дубая 25 лет Небоскреб в форме паруса. Отелю-символу Дубая 25 лет

Этот отель стоит на рукотворном острове и каждый день спасает редких черепах

СНОБ
Дарья Козлова Дарья Козлова

Первый проректор ИТМО и директор по образованию «Яндекса» Дарья Козлова

Собака.ru
Что делать, если руководитель — нарцисс: советы клинического психолога Что делать, если руководитель — нарцисс: советы клинического психолога

Даже у такого токсичного босса можно чему-то научиться

Psychologies
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
Как понять, что вы мало двигаетесь Как понять, что вы мало двигаетесь

Признаки, которые указывают на то, что вам нужно больше двигаться

ТехИнсайдер
Тест-драйв Hongqi H5 New: сможет ли «Красное знамя» заменить «Трехлучевую звезду» Тест-драйв Hongqi H5 New: сможет ли «Красное знамя» заменить «Трехлучевую звезду»

Сможет ли китайский Hongqi H5 New стать аналогом Mercedes-Benz E-класса?

СНОБ
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
Александру Пушкину — 225: российские писатели рассуждают о поэте Александру Пушкину — 225: российские писатели рассуждают о поэте

Как с годами менялось отношение к Александру Пушкину? Отвечают писатели

СНОБ
Потепление динозавров Потепление динозавров

Какая температура тела была у динозавров?

Наука и жизнь
Солнечные и лунные люди: кто они такие и как определить свой тип Солнечные и лунные люди: кто они такие и как определить свой тип

Как на нас влияют Солнце и Луна?

VOICE
8 правил езды на велосипеде в экстремальную жару: когда за бортом +40, а кататься хочется 8 правил езды на велосипеде в экстремальную жару: когда за бортом +40, а кататься хочется

Существует много способов облегчить организму адаптацию к жаре в поездке

ТехИнсайдер
Самая большая ДНК среди всех организмов на Земле у скромного папоротника: его геном в 50 раз больше, чем у человека Самая большая ДНК среди всех организмов на Земле у скромного папоротника: его геном в 50 раз больше, чем у человека

Ученые представили нового рекордсмена по длине ДНК

ТехИнсайдер
«...И рыцари слепой рулетки за сбором золотых крупиц...» Русские писатели в Баден-Бадене «...И рыцари слепой рулетки за сбором золотых крупиц...» Русские писатели в Баден-Бадене

Баден-Баден издавна манил представителей русской интеллигенции

Караван историй
Репейницы преодолели более 4200 километров и добрались из Африки в Южную Америку Репейницы преодолели более 4200 километров и добрались из Африки в Южную Америку

Зоологи установили происхождение нескольких бабочек-репейниц

N+1
Как Мария Мачадо борется за смену власти в Венесуэле, несмотря на обвинения и запреты Как Мария Мачадо борется за смену власти в Венесуэле, несмотря на обвинения и запреты

Мария Мачадо — оппозиционный политик из Венесуэлы

Forbes
Блины-скородумки, перепеча и кундюбки: чем кормили в русских трактирах XIX века Блины-скородумки, перепеча и кундюбки: чем кормили в русских трактирах XIX века

Вкусный гид по традиционным блюдам дореволюционной столицы

ТехИнсайдер
Что общего между женским бикини и ядерным взрывом Что общего между женским бикини и ядерным взрывом

Почему остров, на котором проводили испытание атомной бомбы, называется бикини

ТехИнсайдер
Вы больше не захотите выпивать перед и во время полета! Ученые раскрыли опасность употребления алкоголя в самолете Вы больше не захотите выпивать перед и во время полета! Ученые раскрыли опасность употребления алкоголя в самолете

Почему не стоит пить алкоголь на борту самолета?

ТехИнсайдер
«Тебе для мамы жалко, что ли?»: как защитить свои деньги от родственников «Тебе для мамы жалко, что ли?»: как защитить свои деньги от родственников

Какие чувства в нас поднимает нарушение финансовых границ близкими?

Psychologies
Как работает единственная приливная электростанция России или Затянувшийся эксперимент Как работает единственная приливная электростанция России или Затянувшийся эксперимент

Почему проект Кислогубской ПЭС не получил развития?

ТехИнсайдер
The Troubles: 30-летний ирландский конфликт The Troubles: 30-летний ирландский конфликт

Ирландская смута: как протекал конфликт The Troubles в Северной Ирландии

ТехИнсайдер
Открыть в приложении