Alice de ce este cerul albastru? Ce culoare are cerul? De ce este cerul albastru din punct de vedere fizic? Cer pe Marte
Într-o zi senină și însorită, cerul de deasupra noastră arată un albastru strălucitor. Seara, apusul colorează cerul în roșu, roz și portocaliu. De ce este cerul albastru? Ce face roșu un apus de soare?
Pentru a răspunde la aceste întrebări, trebuie să știi ce este lumina și din ce este alcătuită atmosfera Pământului.
Atmosfera
Atmosfera este un amestec de gaze și alte particule care înconjoară pământul. Atmosfera este formată în principal din gaze de azot (78%) și oxigen (21%). Gazul de argon și apa (sub formă de abur, picături și cristale de gheață) sunt următoarele în atmosferă, concentrația lor nu depășește 0,93%, respectiv 0,001%. Atmosfera Pământului conține, de asemenea, cantități mici de alte gaze, precum și particule minuscule de praf, funingine, cenușă, polen și sare care intră în atmosferă din oceane.
Compoziția atmosferei variază în limite mici în funcție de locație, vreme etc. Concentrația apei în atmosferă crește în timpul furtunilor, precum și în apropierea oceanului. Vulcanii sunt capabili să arunce cantități uriașe de cenușă în atmosferă. Poluarea provocată de om poate adăuga, de asemenea, diferite gaze sau praf și funingine la compoziția normală a atmosferei.
Densitatea atmosferei la altitudini joase în apropierea suprafeței Pământului este cea mai mare; odată cu creșterea altitudinii, scade treptat. Nu există o graniță clar definită între atmosferă și spațiu.
Unde luminoase
Lumina este un tip de energie care este transportată de valuri. Pe lângă lumină, undele transportă alte tipuri de energie, de exemplu, o undă sonoră este o vibrație a aerului. O undă luminoasă este o oscilație a câmpurilor electrice și magnetice, acest interval se numește spectru electromagnetic.
Undele electromagnetice traversează spațiul fără aer cu o viteză de 299,792 km/s. Viteza cu care se propagă aceste unde se numește viteza luminii.
Energia radiației depinde de lungimea de undă și de frecvența acesteia. Lungimea de undă este distanța dintre cele mai apropiate două vârfuri (sau jgheaburi) ale undei. Frecvența unei unde este de câte ori oscilează o undă pe secundă. Cu cât unda este mai lungă, cu atât frecvența ei este mai mică și cu atât transportă mai puțină energie.
Culori deschise vizibile
Lumina vizibilă este partea din spectrul electromagnetic care poate fi văzută de ochii noștri. Lumina emisă de Soare sau de o lampă incandescentă poate părea albă, dar este de fapt un amestec de culori diferite. Puteți vedea diferitele culori ale spectrului vizibil al luminii împărțindu-l în componentele sale folosind o prismă. Acest spectru poate fi observat și pe cer sub forma unui curcubeu, rezultat din refracția luminii de la Soare în picături de apă, acționând ca o prismă gigantică.
Culorile spectrului se amestecă și se transformă continuu una în alta. La un capăt spectrul are culori roșii sau portocalii. Aceste culori trec ușor în galben, verde, albastru, indigo și violet. Culorile au lungimi de undă diferite, frecvențe diferite și diferă în energii.
Propagarea luminii în aer
Lumina călătorește prin spațiu în linie dreaptă atâta timp cât nu există obstacole în calea ei. Când o undă de lumină intră în atmosferă, lumina continuă să călătorească în linie dreaptă până când praful sau moleculele de gaz îi ies în cale. În acest caz, ceea ce se întâmplă cu lumina va depinde de lungimea ei de undă și de dimensiunea particulelor prinse în calea ei.
Particulele de praf și picăturile de apă sunt mult mai mari decât lungimea de undă a luminii vizibile. Lumina este reflectată în direcții diferite atunci când lovește aceste particule mari. Diferitele culori ale luminii vizibile sunt reflectate în mod egal de aceste particule. Lumina reflectată apare albă deoarece conține încă aceleași culori care erau prezente înainte de a fi reflectată.
Moleculele de gaz sunt mai mici decât lungimea de undă a luminii vizibile. Dacă o undă luminoasă se ciocnește de ele, rezultatul coliziunii poate fi diferit. Când lumina se ciocnește cu o moleculă de orice gaz, o parte din ea este absorbită. Puțin mai târziu, molecula începe să emită lumină în direcții diferite. Culoarea luminii emise este aceeași culoare care a fost absorbită. Dar culorile cu lungimi de undă diferite sunt absorbite diferit. Toate culorile pot fi absorbite, dar frecvențele mai mari (albastru) sunt absorbite mult mai puternic decât frecvențele inferioare (roșu). Acest proces se numește împrăștiere Rayleigh, numit după fizicianul britanic John Rayleigh, care a descoperit acest fenomen de împrăștiere în anii 1870.
De ce este cerul albastru?
Cerul este albastru din cauza împrăștierii Rayleigh. Pe măsură ce lumina călătorește prin atmosferă, majoritatea lungimilor de undă lungi ale spectrului optic trec neschimbate. Doar o mică parte de culori roșu, portocaliu și galben interacționează cu aerul.
Cu toate acestea, multe lungimi de undă mai scurte ale luminii sunt absorbite de moleculele de gaz. Odată absorbită, culoarea albastră este emisă în toate direcțiile. Este împrăștiat peste tot pe cer. Indiferent în ce direcție privești, o parte din această lumină albastră împrăștiată ajunge la observator. Deoarece lumina albastră este vizibilă peste tot deasupra capului, cerul pare albastru.
Dacă te uiți spre orizont, cerul va avea o nuanță mai palidă. Acesta este rezultatul luminii parcurgând o distanță mai mare prin atmosferă pentru a ajunge la observator. Lumina împrăștiată este împrăștiată din nou de atmosferă și mai puțină lumină albastră ajunge în ochii observatorului. Prin urmare, culoarea cerului din apropierea orizontului pare mai palidă sau chiar apare complet albă.
Cer negru și soare alb
De pe Pământ, Soarele pare galben. Dacă am fi în spațiu sau pe Lună, Soarele ne-ar părea alb. Nu există atmosferă în spațiu care să împrăștie lumina soarelui. Pe Pământ, unele dintre lungimile de undă scurte ale luminii solare (albastru și violet) sunt absorbite prin împrăștiere. Restul spectrului apare galben.
De asemenea, în spațiu, cerul apare întunecat sau negru în loc de albastru. Acesta este rezultatul absenței unei atmosfere, prin urmare lumina nu este împrăștiată în niciun fel.
De ce este roșu apusul?
Când Soarele apune, lumina soarelui trebuie să parcurgă o distanță mai mare în atmosferă pentru a ajunge la observator, astfel încât mai multă lumină solară este reflectată și împrăștiată de atmosferă. Întrucât mai puțină lumină directă ajunge la observator, Soarele pare mai puțin strălucitor. Culoarea Soarelui pare, de asemenea, diferită, variind de la portocaliu la roșu. Acest lucru se întâmplă deoarece și mai multe culori cu lungime de undă scurtă, albastru și verde, sunt împrăștiate. Rămân doar componentele de unde lungi ale spectrului optic, care ajung în ochii observatorului.
Cerul din jurul apusului poate avea culori diferite. Cerul este cel mai frumos atunci când aerul conține multe particule mici de praf sau apă. Aceste particule reflectă lumina în toate direcțiile. În acest caz, undele de lumină mai scurte sunt împrăștiate. Observatorul vede raze de lumină cu lungimi de undă mai mari, motiv pentru care cerul apare roșu, roz sau portocaliu.
Mai multe despre atmosfera
Ce este atmosfera?
Atmosfera este un amestec de gaze și alte substanțe care înconjoară Pământul sub forma unei învelișuri subțiri, în cea mai mare parte transparentă. Atmosfera este menținută în loc de gravitația Pământului. Principalele componente ale atmosferei sunt azotul (78,09%), oxigenul (20,95%), argonul (0,93%) și dioxidul de carbon (0,03%). Atmosfera conține, de asemenea, cantități mici de apă (în diferite locuri concentrația sa variază de la 0% la 4%), particule solide, gaze neon, heliu, metan, hidrogen, cripton, ozon și xenon. Știința care studiază atmosfera se numește meteorologie.
Viața pe Pământ nu ar fi posibilă fără prezența unei atmosfere, care furnizează oxigenul de care avem nevoie pentru a respira. În plus, atmosfera îndeplinește o altă funcție importantă - egalizează temperatura pe întreaga planetă. Dacă nu ar exista atmosferă, atunci în unele locuri de pe planetă ar putea fi căldură sfârâitoare, iar în alte locuri frig extrem, intervalul de temperatură ar putea fluctua de la -170°C noaptea la +120°C în timpul zilei. Atmosfera ne protejează și de radiațiile nocive de la Soare și spațiu, absorbindu-le și dispersând-o.
Din cantitatea totală de energie solară care ajunge pe Pământ, aproximativ 30% este reflectată de nori și suprafața pământului înapoi în spațiu. Atmosfera absoarbe aproximativ 19% din radiația solară și doar 51% este absorbită de suprafața Pământului.
Aerul are greutate, deși nu suntem conștienți de asta și nu simțim presiunea coloanei de aer. La nivelul mării, această presiune este de o atmosferă sau 760 mmHg (1013 milibari sau 101,3 kPa). Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea atmosferică scade rapid. Presiunea scade de 10 ori la fiecare 16 km de creștere a altitudinii. Aceasta înseamnă că la o presiune de 1 atmosferă la nivelul mării, la o altitudine de 16 km presiunea va fi de 0,1 atm, iar la o altitudine de 32 km - 0,01 atm.
Densitatea atmosferei în straturile sale cele mai joase este de 1,2 kg/m3. Fiecare centimetru cub de aer conține aproximativ 2,7 * 10 19 molecule. La nivelul solului, fiecare moleculă se mișcă cu aproximativ 1.600 km/h, ciocnind cu alte molecule de 5 miliarde de ori pe secundă.
De asemenea, densitatea aerului scade rapid odată cu creșterea altitudinii. La o altitudine de 3 km, densitatea aerului scade cu 30%. Oamenii care trăiesc lângă nivelul mării au probleme temporare de respirație atunci când sunt ridicați la o astfel de înălțime. Cea mai mare altitudine la care locuiesc permanent oamenii este de 4 km.
Structura atmosferei
Atmosfera este formată din diferite straturi, împărțirea în aceste straturi are loc în funcție de temperatură, compoziție moleculară și proprietăți electrice. Aceste straturi nu au limite clar definite; se schimbă sezonier și, în plus, parametrii lor se schimbă la diferite latitudini.
Împărțirea atmosferei în straturi în funcție de compoziția lor moleculară
Omosferă
- Cei 100 km inferioare, inclusiv Troposfera, Stratosfera și Mezopauza.
- Reprezintă 99% din masa atmosferei.
- Moleculele nu sunt separate prin greutatea moleculară.
- Compoziția este destul de omogenă, cu excepția unor mici anomalii locale. Omogenitatea este menținută prin amestecare constantă, turbulență și difuzie turbulentă.
- Apa este una dintre cele două componente care sunt distribuite neuniform. Pe măsură ce vaporii de apă se ridică, se răcesc și se condensează, apoi revin la sol sub formă de precipitații - zăpadă și ploaie. Stratosfera în sine este foarte uscată.
- Ozonul este o altă moleculă a cărei distribuție este inegală. (Citiți mai jos despre stratul de ozon din stratosferă.)
Heterosferă
- Se extinde deasupra homosferei și include Termosfera și Exosfera.
- Separarea moleculelor din acest strat se bazează pe greutățile lor moleculare. Moleculele mai grele, cum ar fi azotul și oxigenul, sunt concentrate în partea de jos a stratului. Cele mai ușoare, heliul și hidrogenul, predomină în partea superioară a heterosferei.
Împărțirea atmosferei în straturi în funcție de proprietățile lor electrice.
Atmosferă neutră
- Sub 100 km.
ionosferă
- Aproximativ peste 100 km.
- Conține particule încărcate electric (ioni) produse prin absorbția luminii ultraviolete
- Gradul de ionizare se modifică odată cu altitudinea.
- Straturi diferite reflectă undele radio lungi și scurte. Acest lucru permite semnalelor radio care călătoresc în linie dreaptă să se îndoaie în jurul suprafeței sferice a pământului.
- Aurorele apar în aceste straturi atmosferice.
- Magnetosfera este partea superioară a ionosferei, extinzându-se la aproximativ 70.000 km altitudine, această altitudine depinde de intensitatea vântului solar. Magnetosfera ne protejează de particulele încărcate cu energie mare de la vântul solar, menținându-le în câmpul magnetic al Pământului.
Împărțirea atmosferei în straturi în funcție de temperatura acestora
Înălțimea marginii superioare troposfera depinde de anotimp și latitudine. Se extinde de la suprafața pământului până la o altitudine de aproximativ 16 km la ecuator și la o altitudine de 9 km la Polul Nord și Sud.
- Prefixul „tropo” înseamnă schimbare. Modificări ale parametrilor troposferei apar din cauza condițiilor meteorologice - de exemplu, datorită mișcării fronturilor atmosferice.
- Pe măsură ce altitudinea crește, temperatura scade. Aerul cald se ridică, apoi se răcește și cade înapoi pe Pământ. Acest proces se numește convecție, are loc ca urmare a mișcării maselor de aer. Vânturile din acest strat bat predominant vertical.
- Acest strat conține mai multe molecule decât toate celelalte straturi combinate.
Stratosferă- se extinde de la aproximativ 11 km la 50 km altitudine.
- Are un strat foarte subțire de aer.
- Prefixul „strato” se referă la straturi sau împărțirea în straturi.
- Partea inferioară a stratosferei este destul de calmă. Avioanele cu reacție zboară adesea în stratosfera inferioară pentru a evita vremea rea în troposferă.
- În vârful stratosferei sunt vânturi puternice cunoscute sub numele de fluxuri cu jet de mare altitudine. Ele suflă orizontal la viteze de până la 480 km/h.
- Stratosfera conține „stratul de ozon”, situat la o altitudine de aproximativ 12 până la 50 km (în funcție de latitudine). Deși concentrația de ozon din acest strat este de numai 8 ml/m 3, este foarte eficient în absorbția razelor ultraviolete dăunătoare de la soare, protejând astfel viața pe pământ. Molecula de ozon este formată din trei atomi de oxigen. Moleculele de oxigen pe care le respirăm conțin doi atomi de oxigen.
- Stratosfera este foarte rece, cu o temperatură de aproximativ -55°C la fund și crescând odată cu altitudinea. Creșterea temperaturii se datorează absorbției razelor ultraviolete de către oxigen și ozon.
Mezosfera- se extinde la altitudini de aproximativ 100 km.
- Pe măsură ce altitudinea crește, temperatura crește rapid.
Termosferă- se extinde la altitudini de aproximativ 400 km.
- Pe măsură ce altitudinea crește, temperatura crește rapid datorită absorbției radiației ultraviolete cu lungime de undă foarte scurtă.
- Meteorii, sau „stelele căzătoare”, încep să ardă la altitudini de aproximativ 110-130 km deasupra suprafeței Pământului.
Exosfera- se extinde pe sute de kilometri dincolo de Termosferă, deplasându-se treptat în spațiul cosmic.
- Densitatea aerului aici este atât de scăzută încât utilizarea conceptului de temperatură își pierde orice sens.
- Când moleculele se ciocnesc unele de altele, ele zboară adesea în spațiu.
De ce este culoarea cerului albastru?
Lumina vizibilă este un tip de energie care poate călători prin spațiu. Lumina de la Soare sau o lampă incandescentă apare albă, deși în realitate este un amestec de toate culorile. Culorile primare care alcătuiesc albul sunt roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Aceste culori se transformă continuu una în alta, așa că, pe lângă culorile primare, există și un număr mare de nuanțe diferite. Toate aceste culori și nuanțe pot fi observate pe cer sub forma unui curcubeu care apare într-o zonă cu umiditate ridicată.
Aerul care umple întregul cer este un amestec de molecule minuscule de gaz și particule solide mici, cum ar fi praful.
Pe măsură ce lumina soarelui trece prin aer, aceasta întâlnește molecule și praf. Când lumina se ciocnește cu moleculele de gaz, lumina poate fi reflectată în diferite direcții. Unele culori, cum ar fi roșu și portocaliu, ajung direct la observator trecând direct prin aer. Dar cea mai mare parte a luminii albastre este reflectată de moleculele de aer în toate direcțiile. Acest lucru împrăștie lumina albastră pe tot cerul și o face să pară albastră.
Când privim în sus, o parte din această lumină albastră ajunge la ochii noștri de pe tot cerul. Din moment ce vedem albastru peste tot deasupra capului nostru, cerul pare albastru.
Nu există aer în spațiul cosmic. Deoarece nu există obstacole din care lumina ar putea fi reflectată, lumina se deplasează direct. Razele de lumină nu sunt împrăștiate, iar „cerul” apare întunecat și negru.
Experimente cu lumina
Primul experiment este descompunerea luminii într-un spectru
Pentru a efectua acest experiment veți avea nevoie de:
- o oglindă mică, o bucată de hârtie albă sau carton, apă;
- un vas mare și puțin adânc, cum ar fi o cuvă sau un castron, sau o cutie de înghețată din plastic;
- vreme însorită și o fereastră orientată spre partea însorită.
Cum se efectuează un experiment:
- Umpleți cuva sau vasul la 2/3 cu apă și puneți-o pe podea sau pe masă, astfel încât lumina directă a soarelui să ajungă în apă. Prezența luminii directe a soarelui este obligatorie pentru o experimentare adecvată.
- Așezați oglinda sub apă, astfel încât razele soarelui să cadă pe ea. Țineți o bucată de hârtie peste oglindă, astfel încât razele soarelui reflectate de oglindă să cadă pe hârtie; dacă este necesar, ajustați poziția relativă a acestora. Observați spectrul de culori pe hârtie.
Ce se întâmplă: apa și oglinda acționează ca o prismă, împărțind lumina în componentele de culoare ale spectrului. Acest lucru se întâmplă deoarece razele de lumină, trecând dintr-un mediu (aer) în altul (apa), își schimbă viteza și direcția. Acest fenomen se numește refracție. Culorile diferite sunt refractate diferit, razele violete sunt mai inhibate și își schimbă direcția mai puternic. Razele roșii încetinesc și își schimbă direcția mai puțin. Lumina este separată în culorile sale componente și putem vedea spectrul.
Al doilea experiment - modelarea cerului într-un borcan de sticlă
Materiale necesare experimentului:
- un pahar transparent înalt sau un borcan transparent din plastic sau sticlă;
- apă, lapte, linguriță, lanternă;
- o cameră întunecată;
Realizarea experimentului:
- Umpleți un pahar sau borcan 2/3 plin cu apă, aproximativ 300-400 ml.
- Adăugați 0,5 la o lingură de lapte în apă, agitați amestecul.
- Luând un pahar și o lanternă, intră într-o cameră întunecată.
- Țineți o lanternă deasupra unui pahar cu apă și direcționați fasciculul de lumină spre suprafața apei, priviți paharul din lateral. În acest caz, apa va avea o nuanță albăstruie. Acum îndreptați lanterna spre partea laterală a paharului și priviți fasciculul de lumină de pe cealaltă parte a paharului, astfel încât lumina să treacă prin apă. În acest caz, apa va avea o nuanță roșiatică. Așezați o lanternă sub sticlă și direcționați lumina în sus, în timp ce priviți apa de sus. În acest caz, nuanța roșiatică a apei va părea mai saturată.
Ceea ce se întâmplă în acest experiment este că particulele mici de lapte suspendate în apă împrăștie lumina provenită de la o lanternă în același mod în care particulele și moleculele din aer împrăștie lumina soarelui. Când un pahar este iluminat de sus, apa apare albăstruie datorită faptului că culoarea albastră este împrăștiată în toate direcțiile. Când te uiți direct la lumina prin apă, lumina de la lanternă apare roșie, deoarece unele dintre razele albastre au fost îndepărtate din cauza împrăștierii luminii.
Al treilea experiment - amestecarea culorilor
Vei avea nevoie:
- creion, foarfece, carton alb sau bucată de hârtie Whatman;
- creioane sau markere colorate, riglă;
- o cană sau ceașcă mare cu un diametru în vârf de 7...10 cm sau un șubler.
- Pahar din hârtie.
Cum se efectuează un experiment:
- Dacă nu ai șubler, folosește o cană ca șablon pentru a desena un cerc pe o bucată de carton și a decupa cercul. Folosind o riglă, împărțiți cercul în 7 sectoare aproximativ egale.
- Colorează aceste șapte sectoare în culorile spectrului principal - roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Încercați să vopsiți discul cât mai bine și cât mai uniform posibil.
- Faceți o gaură în mijlocul discului și puneți discul pe un creion.
- Faceți o gaură în fundul paharului de hârtie, diametrul găurii ar trebui să fie puțin mai mare decât diametrul creionului. Întoarceți paharul cu susul în jos și introduceți un creion cu un disc montat în ea, astfel încât mina de creion să se sprijine pe masă, reglați poziția discului pe creion, astfel încât discul să nu atingă fundul cupei și să fie deasupra acesteia la o înălțime de 0,5..1,5 cm.
- Rotiți rapid creionul și priviți discul care se rotește, acordați atenție culorii acestuia. Dacă este necesar, reglați discul și creionul astfel încât să se poată roti ușor.
Explicația fenomenului văzut: culorile cu care sunt pictate sectoarele de pe disc sunt componentele principale ale culorilor luminii albe. Când discul se rotește suficient de repede, culorile par să se îmbine și discul apare alb. Încercați să experimentați cu alte combinații de culori.
Privind cerul intr-o zi frumoasa, din copilarie ne obisnuim cu culoarea lui albastra ziua si stacojiu la apus si rasarit. Culoarea albastră a cerului este atât de familiară ochilor noștri încât de multe ori nu se pune întrebări cu privire la motivul pentru care culoarea cerului este albastră și nu, de exemplu, verde sau galben. Într-adevăr, de ce este cerul albastru dacă principala sursă de lumină pentru Pământ este Soarele, care strălucește în galben? (Nu vă grăbiți să verificați ce culoare are Soarele fără protecția ochilor).
Ce culoare are de fapt soarele?
Se pare că lumina care vine de la Soare are culori diferite. De fapt, Soarele strălucește cu lumină albastră, verde, galbenă și roșie. Acesta a fost descoperit în secolul al XVII-lea de Newton. Vedem Soarele ca fiind galben pentru că emite galben cel mai puternic, iar alte culori putem vedea doar cu ajutorul unor echipamente speciale. Lumina galbenă este atât de intensă încât o persoană nu poate distinge alte culori pe fundal. Este ca și cum ai încerca să observi o lanternă mică verde sau albastră pe un reflector galben uriaș.
Cum ajunge lumina la suprafața Pământului?
Imaginează-ți razele de toate culorile curcubeului care vin de la Soare pe Pământ. În vidul spațiului, între Soare și Pământ, razele soarelui zboară în aceeași direcție și cu aceeași viteză. Dar totul se schimbă atunci când lumina soarelui ajunge în atmosfera pământului. Razele soarelui se ciocnesc cu moleculele de aer (formate în principal din oxigen și azot) și își schimbă direcția - sunt împrăștiate. Să observăm procesul de împrăștiere a luminii. Iată o mică „bucătă” de lumină solară – un foton – care zboară în atmosfera Pământului; și imediat îi iese în cale o moleculă de aer. Fotonul „locește” această moleculă și se abate ușor de la calea inițială. După ce a mai zburat puțin, fotonul se va ciocni din nou cu o moleculă de aer și va schimba din nou direcția. Până când un astfel de „călător necinstiți” ajunge la ochiul nostru, va avea timp să se ciocnească de miliarde de molecule și să schimbe direcția de mișcare aproximativ de același număr de ori. Lumina care trece prin atmosfera pământului își schimbă direcția atât de mult încât fotonii încep să se miște în toate direcțiile, chiar și spre Soare. De aceea, în timpul zilei, cerul este strălucitor chiar și pe partea opusă Soarelui.
De ce este cerul albastru?
Se pare că culoarea luminii afectează foarte mult capacitatea „bucăților de lumină” individuale de a-și schimba direcția după ce se ciocnesc cu moleculele de aer. Cu cât lumina este mai albastră, cu atât mai ușor își schimbă direcția mișcării atunci când este împrăștiată în atmosferă. Aceasta înseamnă că lumina albastră este împrăștiată cel mai bine, iar turcoazul este puțin mai rău. Lumina verde și galbenă își schimbă direcția mai rău decât turcoazul. Ei bine, mai ales, când trece prin atmosferă, lumina roșie își schimbă direcția. Se împrăștie de aproximativ 10 ori mai rău decât albastrul. Prin urmare, se dovedește că lumina albastră care vine de la Soare este împrăștiată pe tot cerul și ni se pare că cerul devine albastru. Dacă natura ar fi structurată diferit și, de exemplu, lumina verde ar fi împrăștiată cel mai bine, atunci cerul nostru ar fi verde.
De ce se înroșește cerul la apus și la răsărit?
Când Soarele apune sau răsare, lumina soarelui trebuie să treacă printr-un strat mai gros de aer înainte de a ajunge la ochiul nostru. Aceasta înseamnă că fotonii care lovesc Pământul la apus sau la răsărit vor experimenta mult mai multe ciocniri cu moleculele de aer decât cei care lovesc Pământul în timpul zilei. Numărul crescut de coliziuni face ca chiar și lumina roșie să înceapă să se împrăștie, determinând că cerul din apropierea soarelui devine stacojiu la apus sau răsărit.
Constantin Kudinov
Dragi prieteni! Dacă ți-a plăcut această poveste și vrei să fii la curent cu noile publicații despre astronautică și astronomie pentru copii, atunci abonează-te la știrile din comunitățile noastre
Într-o zi senină și însorită, cerul de deasupra noastră este albastru strălucitor. Seara, la apus, cerul capătă o culoare roșu intens cu numeroase nuanțe plăcute ochiului. Deci de ce este cerul albastru în timpul zilei? Ce face roșu un apus de soare? Cum strălucește aerul limpede cu nuanțe de albastru și roșu în diferite momente ale zilei?
Voi prezenta aici 2 răspunsuri: primul este mai simplificat pentru cititorul general, al doilea este mai științific și mai precis. Alegeți singuri care vă place.
1. De ce este cerul albastru și nu verde? Răspunsul pentru manechini
Lumina de la Soare sau o lampă pare albă, dar albul este de fapt un amestec al tuturor celor 7 culori existente: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet (Figura 1). Cerul (atmosfera) este plin de aer. Aerul este un amestec de molecule de gaz minuscule și bucăți mici de material solid, cum ar fi praful. Pe măsură ce lumina soarelui trece prin aer, se ciocnește cu particulele de aer. Când un fascicul de lumină lovește moleculele de gaz, acesta poate „sări” într-o direcție diferită (împrăștiere).
Unele dintre culorile componente ale luminii albe, cum ar fi roșu și portocaliu, trec direct de la Soare în ochii noștri fără a se împrăștia. Dar majoritatea razelor albastre „sără” de particulele de aer în toate direcțiile. Astfel, întregul cer este literalmente pătruns de raze albastre. Când ridici privirea, o parte din această lumină albastră ajunge la ochi și vezi lumină albastră pe tot capul tău! Aici, de fapt, de ce cerul este albastru!
Desigur, totul este simplificat la maximum, dar mai jos este un paragraf care descrie mai fundamental proprietatea cerului nostru iubit de mai sus și motivele care explică de ce culoarea cerului este albastră și nu verde!
2. De ce este cerul albastru? Raspuns pentru avansat
Să aruncăm o privire mai atentă asupra naturii luminii și culorii. Culoarea, după cum știe toată lumea, este o proprietate a luminii pe care ochii și creierul nostru o pot percepe și detecta. Lumina de la soare este un număr mare de raze albe care constau din toate cele 7 culori ale curcubeului. Lumina are proprietatea de dispersie (Fig. 1). Totul este iluminat de Soare, dar unele obiecte reflectă razele de o singură culoare, de exemplu, albastru, iar alte obiecte reflectă doar razele de galben etc. Acesta este modul în care o persoană determină culorile. Deci, Soarele strălucește pe Pământ cu razele sale albe, dar este învăluit de atmosferă (un strat gros de aer), iar atunci când această rază albă (formată din toate culorile) trece prin atmosferă, aerul este cel care se împrăștie. (împrăștie) toate cele 7 raze colorate ale razei albe ale soarelui, dar cu o putere mai mare sunt razele sale albastru-albastru (cu alte cuvinte, atmosfera începe literalmente să strălucească albastră). Alte culori vin direct de la Soare în ochii noștri (Fig. 2).
De ce este albastru culoarea cea mai împrăștiată în atmosferă? Acesta este un fenomen natural și este descris de legea fizică a lui Rayleigh. Pentru a explica mai simplu, există o formulă derivată de Rayleigh în 1871, care determină modul în care împrăștierea luminii (raza) depinde de culoarea acestei raze (adică de o astfel de proprietate a razei precum lungimea de undă). Și se întâmplă că culoarea albastru-cer are cea mai scurtă lungime de undă și, în consecință, cea mai mare împrăștiere.
De ce este cerul roșu în timpul răsăritului și apusului? La apus sau la răsărit, Soarele este jos deasupra orizontului, ceea ce face ca razele soarelui să cadă oblic
dar pe Pământ. Lungimea fasciculului, în mod natural, crește de multe ori (Fig. 3) și, prin urmare, la o distanță atât de mare, aproape întreaga parte a spectrului de unde scurte (albastru-albastru) este împrăștiată în atmosferă și nu ajunge suprafata Pamantului. Doar valuri lungi, galben-roșii, ajung la noi. Aceasta este exact culoarea pe care o ia cerul în timpul răsăritului și apusului. De aceea cerul, pe lângă albastru și albastru, este și galben și roșu!
Și acum, pentru a înțelege pe deplin toate cele de mai sus, câteva cuvinte despre cum este atmosfera.
Care este atmosfera (firmamentul)?
Atmosfera este un amestec de molecule de gaz și alte materiale care înconjoară Pământul. Atmosfera este formată în principal din gaze de azot (78%) și oxigen (21%). Gazele și apa (sub formă de vapori, picături și cristale de gheață) sunt cei mai obișnuiți constituenți ai atmosferei. Există, de asemenea, cantități mici de alte gaze, precum și multe particule mici, cum ar fi praful, funinginea, cenușa, sarea din oceane etc. Compoziția atmosferei se modifică în funcție de locația geografică, vreme și multe altele. Undeva poate fi mai multă apă în aer după o furtună sau lângă ocean, undeva vulcanii aruncă cantități mari de particule de praf în atmosferă.
Atmosfera este mai densă în partea inferioară, aproape de Pământ. Devine treptat mai subțire odată cu înălțimea. Nu există o întrerupere bruscă între atmosferă și spațiu. Acesta este motivul pentru care vedem străluciri de albastru și albastru pe cer, tocmai pentru că atmosfera de pe cer este diferită peste tot, are o structură și proprietăți diferite.
De ce este cerul albastru? Este foarte greu să găsești un răspuns la o întrebare atât de simplă. Mulți oameni de știință și-au bătut creierul în căutarea unui răspuns. Cea mai bună soluție la problemă a fost propusă în urmă cu aproximativ 100 de ani de către fizicianul englez Lord John Rayleigh.
Dar să începem de la început. Soarele emite o lumină albă uimitor de pură. Aceasta înseamnă că culoarea cerului ar trebui să fie aceeași, dar este încă albastru. Ce se întâmplă cu lumina albă din atmosfera pământului?
Un pic despre culoare
Lumina albă este un amestec de raze colorate. Folosind o prismă putem face un curcubeu. Prisma împarte fasciculul alb în dungi colorate: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Combinându-se, aceste raze formează din nou lumină albă. Se poate presupune că lumina soarelui este mai întâi împărțită în componente colorate. Apoi se întâmplă ceva și doar razele albastre ajung la suprafața Pământului.
Materiale conexe:
Natura - ce este natura, natura lumii, fotografii și videoclipuri
Ipoteze formulate în momente diferite
Există mai multe explicații posibile. Aerul din jurul Pământului este un amestec de gaze: azot, oxigen, argon și altele. În atmosferă există și vapori de apă și cristale de gheață. Praful și alte particule mici sunt suspendate în aer. În straturile superioare ale atmosferei există un strat de ozon. Ar putea fi acesta motivul?
Unii oameni de știință credeau că ozonul și moleculele de apă absorb razele roșii și le transmit pe cele albastre. Dar s-a dovedit că pur și simplu nu era suficient ozon și apă în atmosferă pentru a colora cerul în albastru.
În 1869, englezul John Tyndall a propus că praful și alte particule împrăștie lumina. Lumina albastră este cel mai puțin împrăștiată și trece prin straturi de astfel de particule pentru a ajunge la suprafața Pământului. În laboratorul său, a creat un model de smog și l-a iluminat cu un fascicul alb strălucitor. Smogul a devenit un albastru adânc.
Tindall a decis că, dacă aerul ar fi absolut limpede, atunci nimic nu ar împrăștia lumina și am putea admira cerul alb strălucitor. Lordul Rayleigh a susținut și el această idee, dar nu pentru mult timp. În 1899, și-a publicat explicația: aerul, nu praful sau fumul, este cel care transformă cerul în albastru.
Materiale conexe:
Natura vie și neînsuflețită - ce este, definiție, descriere și fotografie
Relația dintre culoare și lungimea de undă - o explicație a motivului pentru care cerul este albastru
Unele dintre razele soarelui trec între moleculele de gaz fără să se ciocnească de ele și ajung neschimbate la suprafața Pământului. Cealaltă parte, mai mare, este absorbită de moleculele de gaz. Când fotonii sunt absorbiți, moleculele devin excitate, adică sunt încărcate cu energie și apoi o emit sub formă de fotoni. Acești fotoni secundari au lungimi de undă diferite și pot avea orice culoare de la roșu la violet.
Ele se împrăștie în toate direcțiile: spre Pământ și spre Soare și în lateral. Lord Rayleigh a sugerat că culoarea fasciculului emis depinde de predominanța cuantelor de o culoare sau alta în fascicul. Când o moleculă de gaz se ciocnește cu fotonii razelor solare, există opt cuante albastre pe cuantă roșie secundară.
Care este rezultatul? Lumină albastră intensă se revarsă literalmente asupra noastră din toate direcțiile de la miliarde de molecule de gaz din atmosferă. Această lumină are fotoni de alte culori amestecate, deci nu este pur albastră.
Materiale conexe:
De ce China este numită „Imperiul Ceresc”?
Caracteristicile spectrului de culori
Înainte de a ajunge la suprafața pământului, unde oamenii îl pot contempla, lumina soarelui trebuie să treacă prin toată învelișul de aer al planetei. Lumina are un spectru larg, in care culorile primare si nuantele curcubeului inca ies in evidenta. Din acest spectru, roșul are cea mai lungă lungime de undă a luminii, în timp ce violetul are cea mai scurtă. La apus, discul solar devine rapid roșu și se grăbește mai aproape de orizont.
În acest caz, lumina trebuie să depășească o grosime tot mai mare a aerului, iar unele dintre valuri se pierd. Mai întâi mov dispare, apoi albastru, cyan. Cele mai lungi valuri de culoare roșie continuă să pătrundă la suprafața Pământului până în ultimul moment și, prin urmare, discul solar și aureola din jurul lui au nuanțe roșiatice până în ultimele clipe.
De ce este cerul albastru în timpul zilei?
Undele luminoase lungi pot pătrunde adânc în atmosferă pentru că aproape nu sunt absorbite și nu sunt împrăștiate de aerosoli și suspensii care circulă constant în atmosfera planetei. Când steaua este mai aproape de zenit, apare o situație diferită, care asigură albastrul cerului. Albastrul are lungimi de undă mai scurte decât roșu și este mai absorbit. Dar capacitatea sa de împrăștiere este de 4 ori mai mare în comparație cu roșu.