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

Убить Лумумбу Убить Лумумбу

Год Африки: как 17 стран обрели свободу

Знание – сила
Вы поразитесь! Вот почему у одних курильщиков здоровье лучше, чем у других Вы поразитесь! Вот почему у одних курильщиков здоровье лучше, чем у других

От чего зависит здоровье курильщиков?

ТехИнсайдер
Мир экзопланет: как на орбитах у других солнц были открыты «непланеты» Мир экзопланет: как на орбитах у других солнц были открыты «непланеты»

О том, как обнаруживаются экзопланеты и какими они бывают

Наука и техника
Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог

Почему пик женской сексуальности происходит в 40 ± 5 лет?

Psychologies
Ох уж эти детки Ох уж эти детки

Звездные мамы и папы рассказали, чему научились у своих детей

Grazia
Мифы о мультизадачности: что происходит с нашим мозгом, когда мы делаем несколько дел одновременно Мифы о мультизадачности: что происходит с нашим мозгом, когда мы делаем несколько дел одновременно

Почему многозадачность вредна для мозга?

Psychologies
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
Автор книги «Эксплейнер по современной философии» — о призраках и медиа Автор книги «Эксплейнер по современной философии» — о призраках и медиа

Может ли философия излечить душевные раны? Отвечает Максимилиан Неополитанский

РБК
«Имба»: что означает популярное слово зумеров, вводящее старшее поколение в ступор «Имба»: что означает популярное слово зумеров, вводящее старшее поколение в ступор

Что такое «имба» и почему старшему поколению полезно знать сленг зумеров?

Psychologies
Итальяно веро Итальяно веро

История старинного дома на флорентийской виа делла Пергола, ставшего галереей

Seasons of life
Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий

Какими должны быть отношения? Как их не испортить?

Psychologies
30 совершенно летних дел 30 совершенно летних дел

Все эти дела надо успеть переделать, чтобы не опоздать на целое лето!

Лиза
Вернет ли искусственный интеллект веру инвесторов в EdTech Вернет ли искусственный интеллект веру инвесторов в EdTech

Вернется ли интерес у инвесторов к EdTech-компаниям?

Forbes
5 страхов, которые мешают нам просить помощи 5 страхов, которые мешают нам просить помощи

Как справиться со страхами и научиться просить помощи?

Psychologies
Как ведет себя абьюзер: 8 явных маркеров Как ведет себя абьюзер: 8 явных маркеров

Основные черты и тактики, которые обычно свойственны абьюзеру

Psychologies
Оружие массового искажения Оружие массового искажения

Как Джорджа Оруэлла использовали в холодной войне

Weekend
Переработки за бесценок: что и в каких условиях шьют женщины в российских колониях Переработки за бесценок: что и в каких условиях шьют женщины в российских колониях

Сколько получают женщины в колониях? Помогут ли им новые навыки на свободе?

Forbes
Pro верить Pro верить

Дизайнер Haval H3 не любил овал

Автопилот
Устойчивая нестабильность Устойчивая нестабильность

«Венские процессы» как зеркало демократии

Weekend
5 вопросов про электровелосипеды для курьеров, которые задавал себе каждый 5 вопросов про электровелосипеды для курьеров, которые задавал себе каждый

Электровелосипеды: что это за транспортные средства и что в них особенного?

Maxim
10 способов наказать ребенка — от худшего к лучшему 10 способов наказать ребенка — от худшего к лучшему

Десять видов наказаний — как они влияют на психику ребенка?

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

Высокая ключевая ставка ЦБ делает инвестиции в инфраструктурные проекты

Монокль
Сильные, воинственные и бесстрашные: 7 книг о героях, которые ничего не боятся Сильные, воинственные и бесстрашные: 7 книг о героях, которые ничего не боятся

Истории о героях, которые смело встречаются лицом к лицу с опасностями?

ТехИнсайдер
8 главных потребностей, которые мы ищем в отношениях 8 главных потребностей, которые мы ищем в отношениях

Какие основные потребности мы стремимся удовлетворить в отношениях?

Psychologies
Как отучить кошку царапать мебель: 7 советов профессионалов Как отучить кошку царапать мебель: 7 советов профессионалов

Как оградить мебель от лохматого вредителя... Ой, то есть от домашнего любимца!

VOICE
Удалить, нельзя оставить: все, что вы хотели знать о зубах мудрости Удалить, нельзя оставить: все, что вы хотели знать о зубах мудрости

Зубы мудрости: зачем они нужны, когда их стоит удалять и как за ними ухаживать?

Правила жизни
Дышащие под водой Дышащие под водой

Могут ли, с точки зрения науки, человекоподобные существа жить под водой?

Вокруг света
Врач-косметолог Николай Макеенко: Любой ожог на коже может аукнуться через 8–10 лет Врач-косметолог Николай Макеенко: Любой ожог на коже может аукнуться через 8–10 лет

Как правильно и безопасно загорать: советы врача-косметолога

СНОБ
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
Трампистская маскулинность Трампистская маскулинность

«Мужчина в полный рост»: спорная экранизация Тома Вулфа

Weekend
Открыть в приложении