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
Секретный соус: как привлечь деньги в свой первый венчурный фонд Секретный соус: как привлечь деньги в свой первый венчурный фонд

Как эффективно привлекать деньги в рискованный фонд?

Forbes
Последствия войны Последствия войны

Ответы на вопросы о последствиях Второй мировой войны

Дилетант
Кагор, портвейн, мускат: что правильно пить для повышения диабетической бдительности Кагор, портвейн, мускат: что правильно пить для повышения диабетической бдительности

Почему мы так любим сладкие вина?

Forbes
Могила неизвестного Павлика Могила неизвестного Павлика

История Павлика Морозова

Дилетант
Недетский размер Недетский размер

Детей с лишним весом становится все больше, и к здоровью это отношения не имеет

Лиза
5 книг, которые помогут развить критическое мышление, креативность и другие навыки 5 книг, которые помогут развить критическое мышление, креативность и другие навыки

Книги, которые помогут узнать что-то новое или прокачать свои старые знания

Maxim
«Не такая уж кошмарная машина»: как Cadillac мерялся с Mercedes, кто из них меньше, и проиграл «Не такая уж кошмарная машина»: как Cadillac мерялся с Mercedes, кто из них меньше, и проиграл

Почему про Cadillac Cimarron не любят вспоминать?

ТехИнсайдер
Почему намерзает задняя стенка холодильника: 10 причин неисправности Почему намерзает задняя стенка холодильника: 10 причин неисправности

Если на задней стенке холодильника появился лед, значит, что-то идет не так

CHIP
«Помнишь, я тебе помог?»: как дружить с теми, кому мы обязаны «Помнишь, я тебе помог?»: как дружить с теми, кому мы обязаны

Можно ли сохранить дружеские отношения с теми, кто однажды сделал что-то для нас

Psychologies
Санкур для современного пролетариата Санкур для современного пролетариата

Кто, как и зачем сегодня «гоняет лодыря» в санаторно-курортной сфере

Монокль
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
Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе

На какие особенности жизни Кафки нужно обратить внимание, чтобы его понять?

Правила жизни
Почему так сложно Почему так сложно

Одной из центральных тем повестки ПМЭФ-2024 стала интеграция в рамках ЕАЭС

Деньги
Как удержаться на работе Как удержаться на работе

Почему кто-то может проработать на одном месте много лет, а другие — нет?

Лиза
Как одиночество влияет на здоровье Как одиночество влияет на здоровье

Одиночество крадёт у людей годы жизни, вредит не меньше курения и ожирения

Здоровье
«Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр «Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр

«Болеро. Душа Парижа»: история создания самого известно сочинения Мориса Равеля

Монокль
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
И след простыл: 5 случаев загадочного исчезновения людей И след простыл: 5 случаев загадочного исчезновения людей

Пугающие и загадочные случаи исчезновения людей

ТехИнсайдер
Как потратить Как потратить

От чего зависит потребительское поведение Россиян

Деньги
Лето – это любовь Лето – это любовь

Городские локации и природные места, которые приятно посетить вместе с любимым

Лиза
Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат

Рассказываем о необычном увлечении игрока Сборной Англии по футболу

Forbes
Измененное состояние: что такое инфантицид и почему матери убивают младенцев Измененное состояние: что такое инфантицид и почему матери убивают младенцев

Почему матери убивают новорожденных, какую ответственность они за это несут?

Forbes
Ева Польна Ева Польна

2024 год Ева Польна встречает в статусе абсолютной инди-дивы

Собака.ru
ЦФА: сырые, но вкусные ЦФА: сырые, но вкусные

Как скорость и дешевизна цифровых финансовых активов привлекает бизнес

Монокль
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 поднять самооценку после того, как вас бросили: рекомендации психолога Как поднять самооценку после того, как вас бросили: рекомендации психолога

Как восстановить самооценку после тяжелого разрыва?

Psychologies
Что делать, если автомобиль затопило дождем, и можно ли его спасти Что делать, если автомобиль затопило дождем, и можно ли его спасти

Потоп — одна из самых опасных вещей, которые могут случиться с автомобилем

Maxim
Легко ли быть Легко ли быть

Как Кшиштоф Кесьлёвский искал смысл в свободе человека

Weekend
«Когда многие только анализировали ситуацию, мы уже действовали» «Когда многие только анализировали ситуацию, мы уже действовали»

Импортозамещение лекарственных препаратов — один из важнейших трендов

Деньги
Открыть в приложении