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

20 ответов на простые вопросы о сексе 20 ответов на простые вопросы о сексе

Честные ответы на самые простые вопросы про это

Playboy
Роман с роботом: плюсы, минусы, подводные камни Роман с роботом: плюсы, минусы, подводные камни

Насколько безопасно вступать в романтические отношения с роботом?

Forbes
«Слово фюрера в каждый дом» «Слово фюрера в каждый дом»

Главным орудием нацистской пропаганды в Третьем рейхе было радио

Дилетант
Обратная сторона коттеджных рекордов Обратная сторона коттеджных рекордов

Что разбалансировало рынок коттеджного строительства?

Монокль
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
6 способов защитить свою собаку от клещей 6 способов защитить свою собаку от клещей

Как обезопасить своего питомца от клещей?

ТехИнсайдер
Троцкисты, фермеры и миллиардеры: чем известны выходцы из России в Аргентине Троцкисты, фермеры и миллиардеры: чем известны выходцы из России в Аргентине

ем прославились выходцы из исторической России в Аргентине

Forbes
«В тени богов. Императоры в мировой истории» «В тени богов. Императоры в мировой истории»

Расширение Арабского халифата и борьбе за престол после смерти Мухаммеда

N+1
Неожиданные факты о маньяках Неожиданные факты о маньяках

10 неизвестных фактов о знаменитых серийных убийцах

Maxim
Алена Хмельницкая: «Я не впаду в истерику и не стану рвать на себе волосы: «Все кончено!» Алена Хмельницкая: «Я не впаду в истерику и не стану рвать на себе волосы: «Все кончено!»

Жизнь побеждает совершенно неизвестным науке способом

Караван историй
«Лучшая актриса всех времен и народов»: восемь главных ролей Анук Эме «Лучшая актриса всех времен и народов»: восемь главных ролей Анук Эме

Вспоминаем знаковые фильмы с участием Анук Эме

Forbes
Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского

Почему мазь Вишневского так сложно найти в российских аптеках?

ТехИнсайдер
Тарокки Тарокки

Место, где живет искусство, мастерство и любовь к таро

Seasons of life
«Замри!»: 6 способов вывести себя из оцепенения в стрессе «Замри!»: 6 способов вывести себя из оцепенения в стрессе

Как бороться с эмоциональным напряжением?

Psychologies
Евгения Петрова Евгения Петрова

Кажется, создательница бренда лаконичных сумок Jenёk импортозаместила it-bags

Собака.ru
Калаш, гараж и бон вояж Калаш, гараж и бон вояж

«На автомате»: еще один фильм про пацанов на районе и гаражи в русской провинции

Weekend
Практические вопросы: Основные правила хранения шин Практические вопросы: Основные правила хранения шин

Сейчас самое время лишний раз напомнить основные правила хранения шин

4x4 Club
Теперь по-новому Теперь по-новому

5 необычных тренировок для стройной фигуры

Лиза
Где прячутся игрунки? Где прячутся игрунки?

В кронах огромных вековых деревьев обитают удивительные миниатюрные обезьянки

Знание – сила
«Атлас»: какой получилась попытка Дженнифер Лопес освоить научную фантастику «Атлас»: какой получилась попытка Дженнифер Лопес освоить научную фантастику

«Атлас» размышляет о том, как ИИ может испортить жизнь человечества

Forbes
Муж в депрессии. 7 советов, как ему помочь Муж в депрессии. 7 советов, как ему помочь

В любом возрасте депрессия – это не признак слабости, а серьезное заболевание

Лиза
Масса, я тебя знаю! Масса, я тебя знаю!

Творожная масса — нежная, сладкая и, как раньше считалось, полезная

Лиза
Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий

Какими должны быть отношения? Как их не испортить?

Psychologies
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
Судебный роман Судебный роман

«Презумпция невиновности»: новая экранизация сексуально-юридического бестселлера

Weekend
Родные 6 соток: советские дачи vs cовременные Родные 6 соток: советские дачи vs cовременные

Чем советские дачи отличались от загородных пространств

Maxim
Марина Игнатова Марина Игнатова

«В России нет интеллектуальных актеров. Исключение — Марина Игнатова»

Собака.ru
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
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
Алмазные грани Якутска Алмазные грани Якутска

Мы летели в Якутск впервые. У нас было всего два дня

Отдых в России
Открыть в приложении