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
Фанатские теории про Гарри Поттера, которые все меняют Фанатские теории про Гарри Поттера, которые все меняют

Шпионская сеть Дамблдора, настоящий избранный и самая большая тайна Снейпа

Maxim
Был ли аншлюс ГДР? Был ли аншлюс ГДР?

Читаем новый единый учебник всеобщей истории для 11 класса

Дилетант
26 дуэлей и одна роковая: жизнь Александра Пушкина в цифрах 26 дуэлей и одна роковая: жизнь Александра Пушкина в цифрах

Несколько любопытных фактов из биографии поэта Александра Пушкина

Правила жизни
Корея против Кореи Корея против Кореи

Эту войну называют «забытой». В Советском Союзе о ней мало писали и говорили

Дилетант
«Сказочные» уроки: чему учат мультфильмы Диснея «Сказочные» уроки: чему учат мультфильмы Диснея

Истории, рассказанные в сказках и мультфильмах, могут многому научить

Psychologies
А, В, С-план А, В, С-план

Какие 3 шага отделяют нас от стройности?

Лиза
Как склеить купюру, чтобы ее приняли в магазине Как склеить купюру, чтобы ее приняли в магазине

Как собственноручно склеить бумажную купюру?

ТехИнсайдер
Как избавиться от запаха гари в доме: 8 простых лайфхаков Как избавиться от запаха гари в доме: 8 простых лайфхаков

Лайфхаки, которые помогут справиться с неприятным запахом гари

VOICE
К какому берегу прибиться: что должны учесть российские IT-компании, выходя за рубеж К какому берегу прибиться: что должны учесть российские IT-компании, выходя за рубеж

На что обратить внимание российским IT-компаниям при выходе за рубеж

Forbes
Это не усталость: почему мы не всегда можем распознать стресс Это не усталость: почему мы не всегда можем распознать стресс

Симптомы серьезного стресса, подтачивающие здоровье

Forbes
Зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить Зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить

Все о датчике ОЖ: что это такое, как работает, как проверить

РБК
Случаи из уличной жизни Случаи из уличной жизни

Анна и Виталий Черепановы: искусство как игра

Weekend
Атомщики Атомщики

Вместо 25 375 слов: главное об электромобиле «Атом»

Автопилот
Молдова – бессарабский приют Пушкина Молдова – бессарабский приют Пушкина

Дороги Пушкина – какими они были? И как он пришел в знойные степи Молдавии?

Знание – сила
И сладко, и полезно: 5 десертов, разгоняющих метаболизм И сладко, и полезно: 5 десертов, разгоняющих метаболизм

Рецепты полезных десертов, которые можно есть даже на диете

ТехИнсайдер
Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами

Какие фамилии стали общеупотребительными словами, изменив первоначальный смысл?

ТехИнсайдер
Древнего кочевника похоронили с бараньим черепом на месте головы Древнего кочевника похоронили с бараньим черепом на месте головы

Ученые описали необычное погребение, которое раскопали в Горном Алтае

N+1
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
Возвращение в Эдем Возвращение в Эдем

5 шагов к экосаду: основные правила и запреты

Лиза
10 причин есть персики все лето 10 причин есть персики все лето

Персики могут защитить от рака и потери влаги кожей

ТехИнсайдер
Как вернуть веру в себя после отношений с нарциссом: 5 шагов Как вернуть веру в себя после отношений с нарциссом: 5 шагов

Как же восстановить силы и вернуть уверенность после расставания с нарциссом?

Psychologies
Продукты, которые должны быть в кладовке каждой хозяйки: советы поваров Продукты, которые должны быть в кладовке каждой хозяйки: советы поваров

Повара составили список продуктов, которые должны быть в кладовке каждой хозяйки

VOICE
Урожай «горит», вымерзает и тонет Урожай «горит», вымерзает и тонет

Погодные риски оказывают все большее влияние на урожай агрокультур

Агроинвестор
Грамотные инвестиции и тяга к риску: как Арнольд Шварценеггер стал миллиардером Грамотные инвестиции и тяга к риску: как Арнольд Шварценеггер стал миллиардером

Арнольд Шварценеггер стал миллиардером благодаря умению рисковать

Forbes
Мухи у нас Мухи у нас

«Асфальтовые джунгли»: скорая помощь на злых улицах Нью-Йорка

Weekend
Сколько энергии нужно женщине, чтобы выносить ребенка? Ученые дали простой и интересный ответ! Сколько энергии нужно женщине, чтобы выносить ребенка? Ученые дали простой и интересный ответ!

Рождение ребенка обходится женщине энергетически «очень дорого»

ТехИнсайдер
Что мешает вам построить гармоничные отношения: разбор двух сценариев из детства Что мешает вам построить гармоничные отношения: разбор двух сценариев из детства

Как найти баланс между самостоятельностью и зависимостью в отношениях?

Psychologies
Юрии Набатов Юрии Набатов

Надежный штурман Юрий Набатов инвестирует в урбанизм

Собака.ru
Рауль Гайнетдинов Рауль Гайнетдинов

Рауль Гайнетдинов — один из самых цитируемых психофармакологов в мире

Собака.ru
Открыть в приложении