Аліса чому небо синє. Який колір неба? Чому небо блакитне з погляду фізики? Небо на марсі
У ясний сонячний день над нами небо виглядає яскраво-синім. Увечері захід сонця забарвлює небосхил у червоні, рожеві та оранжеві кольори. Чому небо має блакитний колір?Що робить захід сонця червоним?
Для відповіді на ці запитання потрібно знати, що таке світло, і з чого складається атмосфера Землі.
Атмосфера
Атмосфера - це суміш газів та інших частинок, що оточують землю. В основному атмосфера складається з газоподібного азоту (78%) і кисню (21%). Газ аргон і вода (у вигляді пари, крапель і крижаних кристалів), що йдуть за поширеністю в атмосфері, їх концентрація не перевищує відповідно 0,93% і 0,001%. В атмосфері Землі в невеликих кількостях містяться й інші гази, а також дрібні частки пилу, сажі, попелу, пилку та солі, що потрапляє в атмосферу з океанів.
Склад атмосфери змінюється у невеликих межах залежно від місця, погоди тощо. Концентрація води в атмосфері збільшується під час зливових штормів, а також поблизу океану. Вулкани здатні викинути величезну кількість попелу високо в атмосферу. Техногенні забруднення можуть додати до звичайного складу атмосфери різні гази або пил і сажу.
Щільність атмосфери на низькій висоті біля Землі є найбільшою, зі збільшенням висоти вона плавно зменшується. Між атмосферою та космосом відсутня будь-яка яскраво виражена межа.
Світлові хвилі
Світло є різновидом енергії, перенесення якої здійснюється за допомогою хвиль. Крім світла, за допомогою хвиль здійснюється перенесення інших видів енергій, наприклад звукова хвиля є коливаннями повітря. Світлова хвиля є коливаннями електричних та магнітних полів, цей діапазон називається електромагнітним спектром.
Електромагнітні хвилі поширюються через безповітряний простір зі швидкістю 299792 км/с. Швидкість поширення цих хвиль називається швидкістю світла.
Енергія випромінювання залежить від довжини хвилі та її частоти. Довжина хвилі – це відстань між двома найближчими вершинами (або западинами) хвилі. Частота хвилі – це кількість коливань хвилі за секунду. Чим довша хвиля, тим нижча її частота, і тим менше енергії вона несе.
Кольори видимого світла
Видимий світло є частиною електромагнітного спектру, який може бути видно нашими очима. Світло, що випромінюється Сонцем або лампою розжарювання може мати білий колір, але насправді воно є сумішшю різних кольорів. Можна побачити різні кольори видимого спектру світла, розклавши його на складові за допомогою призми. Цей спектр також можна спостерігати на небі у вигляді веселки, що виникає через заломлення світла Сонця в крапельках води, що діють як одна гігантська призма.
Кольори спектру змішуються, безперервно переходять один до одного. На одному кінці спектр має червоний чи оранжевий кольори. Ці кольори плавно переходять у жовтий, зелений, блакитний, індиго та фіолетовий кольори. Кольори мають різні довжини хвиль, різні частоти та різняться за енергіями.
Поширення світла у повітрі
Світло поширюється через простір до того часу, поки на його шляху немає перешкод. При вході світлової хвилі в атмосферу світло продовжує поширюватися прямолінійно до тих пір, поки на його шляху не виявиться пил або молекули газу. У цьому випадку те, що станеться зі світлом, буде залежати від його довжини хвилі та розміру частинок, що опинилися на його шляху.
Частинки пилу та краплі води мають розміри набагато більше, ніж довжина хвилі видимого світла. Світло відбивається у різних напрямках при зіткненнях із цими великими частинками. Різні кольори видимого світла однаково відбиваються цими частинками. Відбите світло здається білим, так як воно все ще містить ті ж кольори, які були в ньому до відображення.
Молекули газів мають менші розміри, ніж довжина хвилі видимого світла. Якщо світлова хвиля стикається з ними, то результат зіткнення може бути різним. Коли світло стикається з молекулою якогось газу, то частина його поглинається. Трохи пізніше молекула починає випромінювати світло у різних напрямках. Колір випромінюючого світла є тим самим кольором, який був поглинений. Але кольори різних довжин хвиль поглинаються по-різному. Будь-які кольори можуть поглинатися, але більш високі частоти (блакитний колір) поглинаються набагато сильніше ніж низькі частоти (червоний колір). Цей процес називається розсіюванням Релея, воно названо так на честь британського фізика Джона Релея, який відкрив це явище розсіяння у 1870-х роках.
Чому небо синє?
Небо має блакитний колір через розсіяння Релея. У міру просування світла через атмосферу більшість довгих хвиль оптичного спектру проходить без змін. Тільки незначна частина червоного, помаранчевого та жовтого кольорів взаємодіє з повітрям.
Однак багато коротших хвиль світла поглинаються молекулами газів. Після поглинання блакитний колір випромінюється у всіх напрямках. Він розсіюється всюди на небі. У якому напрямку не подивитися, частина з цього розсіяного синього світла досягає спостерігача. Так як синє світло видно всюди над головою, то й небо виглядає блакитним.
Якщо подивитися у бік горизонту, то небо матиме блідий відтінок. Це результат того, що світло проходить більшу відстань в атмосфері до спостерігача. Розсіяне світло знову розсіюється атмосферою і менше блакитного кольору досягає очей спостерігача. Тому колір неба біля горизонту здається блідішим або навіть здається зовсім білим.
Чорне небо та біле сонце
З Землі Сонце здається жовтим. Якби ми знаходилися в космосі чи на Місяці, то Сонце здавалося б нам білим. У космосі немає атмосфери, що розсіює сонячне світло. На Землі частина коротких хвиль сонячного світла (блакитний та фіолетовий кольори) поглинаються розсіянням. Частина спектру, що залишилася, виглядають жовтим кольором.
Крім того, у космосі небо виглядає темним чи чорним замість блакитного. Це результат відсутності атмосфери, отже світло не розсіюється.
Чому захід сонця червоний?
Коли Сонце хилиться до заходу сонця, то сонячному світлу доводиться проходити більшу відстань в атмосфері, щоб досягти спостерігача, відповідно більше сонячного світла відбивається і розсіюється атмосферою. Оскільки менше прямого світла досягає спостерігача, то Сонце здається менш яскравим. Колір Сонця також здається іншим, він має діапазон кольорів від помаранчевого до червоного. Це відбувається через те, що розсіюється ще більше короткохвильових квітів, блакитного та зеленого. Залишаються лише довгохвильові складові оптичного спектру, які й досягають очей спостерігача.
Небо навколо заходу сонця може бути пофарбовано в різні кольори. Найбільш красивим небо буває тоді, коли повітря містить безліч маленьких частинок пилу чи води. Ці частки відбивають світло у всіх напрямках. В цьому випадку відбувається розсіювання більш коротких світлових хвиль. Спостерігач бачить світлові промені довших хвиль, і тому небо здається червоним, рожевим чи оранжевим.
Детальніше про атмосферу
Що таке атмосфера?
Атмосфера - це суміш газів та інших речовин, що оточують Землю, у вигляді тонкої, переважно прозорої оболонки. Атмосфера утримується дома завдяки тяжінню Землі. Основними компонентами атмосфери є азот (78,09%), кисень (20,95%), аргон (0,93%) та діоксид вуглецю (0.03%). Також у атмосфері містяться у невеликих кількостях вода (у різних місцях її концентрація коливається від 0% до 4%), тверді частки, гази неон, гелій, метан, водень, криптон, озон і ксенон. Наука, що вивчає атмосферу, називається метеорологією.
Життя на Землі було б неможливим без наявності атмосфери, яка постачає кисень, необхідний нам для дихання. Крім того, атмосфера виконує й іншу важливу функцію – вона вирівнює температуру по всій планеті. Якби атмосфери не було, то в одних місцях планети могла б бути спека, а в інших місцях сильний холод, діапазон температур міг би коливатися від -170°C вночі до +120°C вдень. Так само атмосфера захищає нас від шкідливого випромінювання Сонця та космосу, поглинаючи та розсіюючи його.
Від усієї кількості енергії Сонця, що досягає Землі, приблизно 30% відбивається хмарами та земною поверхнею назад у космос. Атмосфера поглинає приблизно 19% випромінювання Сонця і лише 51% поглинається поверхнею Землі.
Повітря має вагу, хоча ми і не усвідомлюємо цього, і не відчуваємо тиск повітряного стовпа. На рівні моря цей тиск має одну атмосферу, або 760 мм ртутного стовпа (1013 мілібар або 101,3 кПа). Зі збільшенням висоти атмосферний тиск швидко знижується. Тиск зменшується в 10 разів при збільшенні висоти на кожні 16 км. Це означає, що при тиску 1 атмосфера на рівні моря, на висоті 16 км тиск дорівнює 0,1 атм, а на висоті 32 км - 0,01 атм.
Щільність атмосфери в нижчих її шарах становить 1,2 кг/м 3 . У кожному кубічному сантиметрі повітря міститься приблизно 2,7*1019 молекул. На рівні землі кожна молекула рухається зі швидкістю близько 1600 км/год, причому частота зіткнення з іншими молекулами становить 5 мільярдів разів на секунду.
Щільність повітря також швидко падає із зростанням висоти. На висоті 3 км густина повітря зменшується на 30%. Люди, які живуть поблизу рівня моря при піднятті на таку висоту, мають тимчасові проблеми з диханням. Найбільша висота, де постійно проживають люди, становить 4 км.
Будова атмосфери
Атмосфера складається з різних шарів, поділ на ці шари відбувається за їх температурою, молекулярним складом та електричними властивостями. Ці шари немає яскраво виражених меж, вони сезонно змінюються, і навіть їх параметри змінюються різних широтах.
Поділ атмосфери на шари залежно від їхнього молекулярного складу
Гомосфера
- Нижні 100 км, включаючи Тропосферу, Стратосферу та Мезопаузу.
- становить 99% маси атмосфери.
- Молекули не поділяються за молекулярною вагою.
- Склад досить однорідний, крім деяких невеликих локальних аномалій. Однорідність підтримується постійним змішуванням, турбуленцією та турбулентною дифузією.
- Вода одна із двох компонентів, розподілених нерівномірно. Коли водяна пара піднімається вгору, вона охолоджується і конденсується, повертаючись потім на землю у вигляді опадів - снігу та дощу. Стратосфера сама собою дуже суха.
- Озон є іншою молекулою, розподіл якої нерівномірний. (Про озоновий шар у стратосфері читайте нижче.)
Гетеросфера
- Простягається вище гомосфери, включає в себе Термосферу та Екзосферу.
- Поділ молекул цього шару ґрунтується на їх молекулярних масах. Більш важкі молекули, такі як азот та кисень, концентруються в нижній частині шару. Більш легкі, гелій та водень, переважають у верхній частині гетеросфери.
Поділ атмосфери на шари залежно від своїх електричних властивостей.
Нейтральна атмосфера
- Нижче за 100 км.
Іоносфера
- Приблизно понад 100 км.
- Містить електрично заряджені частинки (іони), що виникають при поглинанні ультрафіолетового світла
- Ступінь іонізації змінюється із висотою.
- Різні шари відбивають довгі та короткі радіохвилі. Це дозволяє радіосигналам, що розповсюджуються по прямій, огинати сферичну поверхню землі.
- У цих атмосферних шарах відбуваються полярні сяйва.
- Магнітосферає верхньою частиною іоносфери, що тягнеться приблизно до висоти 70000 км, ця висота залежить від інтенсивності сонячного вітру. Магнітосфера захищає нас від заряджених частинок високих енергій сонячного вітру, утримуючи їх у магнітному полі Землі.
Поділ атмосфери на шари в залежності від їх температури
Висота верхнього кордону тропосферизалежить від сезонів та широти. Вона простягається від земної поверхні до висоти приблизно 16 км у екватора, і до висоти 9 км на Північному та Південному полюсах.
- Префікс "Тропо" означає зміни. Зміна параметрів тропосфери відбувається через погодні умови – наприклад, через переміщення атмосферних фронтів.
- Зі збільшенням висоти температура падає. Тепле повітря піднімається нагору, потім охолоджується і спускається назад на Землю. Цей процес називається конвекцією, він виникає внаслідок руху повітряних мас. Вітри у цьому шарі дмуть переважно вертикально.
- Цей шар містить більше молекул, ніж інші шари, разом узяті.
Стратосфера- тягнеться приблизно від висоти 11 км до 50 км.
- Має дуже тонкий прошарок повітря.
- Префікс "страто" відноситься до шарів або поділу на шари.
- Нижня частина Стратосфери є досить спокійною. Реактивні літаки часто літають у нижній частині Стратосфери для того, щоб обійти погану погоду у Тропосфері.
- У верхній частині Стратосфери дмуть сильні вітри, відомі як висотні струменеві течії. Вони дмуть горизонтально зі швидкостями до 480 км/год.
- Стратосфера містить озоновий шар, розташований на висоті приблизно 12 до 50 км (залежно від широти). Хоча концентрація озону в цьому шарі всього 8 мл/м 3 він дуже ефективно поглинає шкідливі ультрафіолетові промені сонця, тим самим захищаючи життя на землі. Молекула озону складається із трьох атомів кисню. Молекули кисню, якими ми дихаємо, містять два атоми кисню.
- Стратосфера дуже холодна, її температура становить приблизно -55 ° C в нижній частині і збільшується з висотою. Збільшення температури пов'язане з поглинанням ультрафіолетових променів киснем та озоном.
Мезосфера- простягається до висот приблизно 100 км.
- Зі збільшенням висоти температура швидко зростає.
Термосфера- простягається до висот приблизно 400 км.
- Зі збільшенням висоти температура швидко зростає через поглинання дуже короткохвильового ультрафіолетового випромінювання.
- Метеори, або "падаючі зірки", починають згоряти на висотах приблизно 110-130 км над поверхнею Землі.
Екзосфера- простягається на сотні кілометрів за Термосферу, поступово переходячи до космічного простору.
- Щільність повітря тут така низька, що застосування поняття температури втрачає всякий сенс.
- При зіткненні одна з одною молекули часто відлітають у космос.
Чому колір неба блакитний?
Видимий світло є різновидом енергії, здатної переміщатися через простір. Світло від Сонця або лампи розжарювання здається білим, хоча насправді воно є сумішшю всіх кольорів. Основні кольори, з яких складений білий колір, це червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Ці кольори безперервно переходять один до одного, тому крім основних кольорів є ще величезна кількість всіляких відтінків. Всі ці кольори та відтінки можна спостерігати на небі у вигляді веселки, що виникає в області підвищеної вологості.
Повітря, що заповнює все небо, є сумішшю дрібних молекул газу та невеликих твердих частинок, таких як пил.
У міру того, як сонячне світло проходить крізь повітря, воно натикається на молекули та пил. Коли світло стикається з молекулами газу, то може відбитися світло в різних напрямках. Деякі кольори, наприклад, червоний та помаранчевий, безпосередньо досягають спостерігача, безпосередньо проходячи через повітря. Але більшість синього світла перебивається від молекул повітря в усіх напрямках. Таким чином відбувається розсіювання синього світла по всьому небу, і воно здається блакитним.
Коли ми дивимося вгору, то деяка частина цього блакитного світло досягає наших очей від усіх кінців неба. Так як усюди над головою нам видно синій колір, то небо виглядає блакитним.
У космічному просторі немає повітря. Так як там немає перешкод, від яких світло могло б відбиватися, то світло поширюється безпосередньо. Промені світла не розсіюються, і "небо" виглядає темним та чорним.
Експерименти зі світлом
Перший експеримент - розкладання світла у спектр
Для проведення цього експерименту знадобиться:
- невелике дзеркало, шматок білого паперу чи картону, вода;
- велику дрібну посудину типи кювети або миски, або пластикова коробка з-під морозива;
- сонячна погода та вікно, що виходить на сонячну сторону.
Як проводити експеримент:
- Наповніть кювету або миску на 2/3 водою, і поставте на підлогу або на стіл так, щоб пряме сонячне світло досягало води. Наявність прямого сонячного світла є обов'язковою для правильного проведення експерименту.
- Встановіть дзеркало під водою так, щоб на нього потрапляли сонячні промені. Тримайте над дзеркалом шматок паперу так, щоб відбиті дзеркалом промені сонця потрапляли на папір, якщо необхідно, відрегулюйте їхнє взаємне положення. Спостерігайте кольоровий спектр паперу.
Що відбувається: вода та дзеркало діють як призма, розкладаючи світло на колірні складові спектру. Це відбувається тому, що промені світла, проходячи з одного середовища (повітря) до іншого (воду) змінюють свою швидкість і напрямок. Це називається рефракцією. Різні кольори переломлюються по-різному, фіолетові промені сильніше гальмуються і змінюють свій напрямок. Червоні промені сповільнюються та змінюють свій напрямок меншою мірою. Світло поділяється на кольори, і ми можемо бачити спектр.
Другий експеримент - моделювання неба у скляній банці
Матеріали, необхідні для проведення експерименту:
- прозора висока склянка або прозора пластикова або скляна банка;
- вода, молоко, чайна ложка, ліхтарик;
- темна кімната;
Проведення експерименту:
- Наповнити склянку або банку на 2/3 водою приблизно 300-400 мл.
- У воду додати від 0,5 до ложки молока, суміш збовтати.
- Взявши склянку та ліхтарик, перейти до темної кімнати.
- Тримайте ліхтарик над склянкою з водою і спрямуйте промінь світла на поверхню води, подивіться на склянку збоку. При цьому вода матиме синюватий відтінок. Тепер направте ліхтарик на склянку збоку, і подивіться на промінь світла з іншого боку склянки, так що світло пройшло через воду. При цьому у води з'явиться червоний відтінок. Помістіть ліхтарик під склянку і направте промінь світла вгору, дивлячись на воду зверху. При цьому червоний відтінок у води виглядатиме більш насиченим.
Що в цьому експерименті відбувається: дрібні частинки молока, зважені у воді, розсіюють світло, що йде від ліхтарика так само, як частинки та молекули в повітрі розсіюють сонячне світло. Коли склянка освітлюється зверху, то вода здається блакитною через те, що блакитний колір розсіюється на всі боки. Коли ви дивитеся через воду безпосередньо на світло, то світло ліхтаря здається червоним, оскільки частина синіх променів була видалена через розсіювання світла.
Третій експеримент – змішування кольорів
Вам знадобиться:
- олівець, ножиці, білий картон або шматок ватману;
- кольорові олівці або фломастери, лінійка;
- кухоль або велика чашка з діаметром у верхній частині 7...10 см або штангенциркуль.
- паперовий стакан.
Як проводити експеримент:
- Якщо немає штангенциркуля, то використовуйте кухоль як шаблон для малювання кола на шматку картону, виріжте це коло. За допомогою лінійки розділіть коло на 7 приблизно рівних секторів.
- Розфарбуйте ці сім секторів у кольори основних спектрів - червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Намагайтеся розфарбувати диск якомога акуратніше та рівномірніше.
- Виконайте отвір усередині диска і насадіть диск на олівець.
- Виконайте отвір у днищі паперового стаканчика, діаметр отвору повинен бути трохи більше діаметра олівця. Переверніть стаканчик вгору дном і вставте в нього олівець з насадженим диском так, щоб грифель олівця спирався на стіл, відрегулюйте положення диска на олівці так, щоб диск не торкався дна стаканчика і знаходився над ним на висоті 0,5..1,5 див.
- Швидко розкрутіть олівець і дивіться на диск, що обертається, зверніть увагу на його колір. За необхідності проведіть регулювання диска та олівця так, щоб вони могли легко обертатися.
Пояснення побаченого явища: кольори, якими розфарбовані сектори диску, є основними складовими кольорами білого світла. Коли диск обертається досить швидко, здається, що кольори зливаються, і диск виглядає білим. Спробуйте експериментувати з іншими комбінаціями кольорів.
Дивлячись на небо в погожий день, ми з дитинства звикаємо його блакитному кольору вдень і алому на заході сонця і сходу. Блакитний колір неба настільки звичний для нашого ока, що часто навіть не виникає питань, чому колір неба саме блакитний, а не, наприклад, зелений чи жовтий. І справді, чому небо блакитного кольору, якщо головне джерело світла Землі – Сонце, яке світить жовтим світлом? (Тільки не кидайтеся перевіряти, якого кольору Сонце без захисту для очей).
Якого кольору Сонце насправді?
Виявляється, що світло, що йде від Сонця, має різні кольори. Насправді Сонце світить і блакитним, і зеленим, і жовтим, і червоним світлом. Це було відкрито ще у 17 столітті Ньютоном. Ми бачимо Сонце жовтим, тому що воно найсильніше випускає саме жовтий колір, а решту кольорів ми можемо побачити тільки за допомогою спеціальної апаратури. Жовте світло настільки інтенсивне, що людина не може розрізнити інші кольори на його тлі. Це все одно, що намагатись помітити маленький зелений або блакитний ліхтарик на тлі величезного жовтого прожектора.
Як світло попадає на поверхню Землі?
Уявіть промені всіх кольорів веселки, що йдуть від Сонця до Землі. У космічному вакуумі між Сонцем і Землею сонячні промені летять в однаковому напрямку і з однаковою швидкістю. Але все змінюється, коли світло Сонця сягає земної атмосфери. Сонячні промені стикаються з молекулами повітря (що складається, в основному, з кисню та азоту) і змінюють свій напрямок – розсіюються. Давайте поспостерігаємо за процесом розсіювання світла. Ось невеликий «шматочок» сонячного світла – фотон, що влітає в Земну атмосферу; і відразу на його шляху виявляється якась молекула повітря. Фотон «зачіпає» цю молекулу і трохи відхиляється від початкового шляху. Пролетівши ще трохи, фотон знову зіткнеться з молекулою повітря і знову змінить напрямок. Поки такий «забіяка-мандрівник» досягне нашого ока, він встигне зіткнутися з мільярдами молекул і приблизно стільки ж разів змінити напрямок руху. Світло, що проходить крізь земну атмосферу, так сильно змінює свій напрямок, що фотони починають рухатися на всі боки, навіть у бік Сонця. Саме тому вдень небо світле навіть із протилежної Сонцю сторони.
Чому небо синє?
Виявляється, що колір світла дуже сильно впливає на здатність окремих шматочків світла змінювати свій напрямок після зіткнення з молекулами повітря. Чим світло блакитніше, тим охочіше він змінює напрямок свого руху при розсіянні в атмосфері. Це означає, що блакитне світло розсіюється найкраще, а бірюзове вже трохи гірше. Зелене та жовте світло змінюють свій напрямок гірше бірюзового. Ну а найменше при проходженні атмосфери свій напрямок змінює червоне світло. Він розсіюється приблизно у 10 разів гірше, ніж блакитний. Тому виходить, що блакитне світло, що йде від Сонця, розсіюється по всьому небу, і нам здається, що небо стає блакитним кольором. Якби природа була влаштована іншим чином, і, наприклад, найкраще розсіювалося б зелене світло, то наше небо було б зеленого кольору.
Чому небо стає червоним на заході сонця і на сході?
Коли Сонце сідає або сходить, то сонячному світлу доводиться пройти товстіший шар повітря, перш ніж потрапити до нашого ока. Це означає, що фотони, що падають на Землю на заході сонця або сході, зазнають набагато більше зіткнень з молекулами повітря, ніж ті, що потрапляють на Землю протягом дня. Збільшена кількість зіткнень призводить до того, що навіть червоне світло починає розсіюватися, тому небо поряд із сонцем на заході сонця або сході стає червоним.
Костянтин Кудінов
Дорогі друзі! Якщо вам сподобалося це оповідання, і ви хочете бути в курсі нових публікацій про космонавтику та астрономію для дітей, то підписуйтесь на новини наших спільнот
У ясний сонячний день небо над нами має яскраво-синій колір. Увечері, на заході сонця, небо набуває приємного для ока глибокого червоного кольору з численними відтінками. То чому ж небо вдень блакитне? Що робить захід сонця червоним? Яким чином прозоре повітря переливається синіми та червоними відтінками у різний час доби?
Я представлю 2 відповіді тут: перша - більш спрощена для широкого читача, друга - більш наукова і точна. Виберіть самі, який вам до душі.
1. Чому небо блакитне, а чи не зелене? Відповідь для чайників
Світло від Сонця або лампи виглядає білим, але насправді білий колір - це суміш усіх 7 існуючих кольорів: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього та фіолетового (рис. 1). Небо (атмосфера) сповнене повітрям. Повітря є сумішшю з крихітних молекул газу і невеликих шматочків твердого матеріалу, такого як, наприклад, пил. Оскільки сонячне світло проходить крізь повітря, він стикається з частинками повітря. Коли промінь світла потрапляє на молекули газу, він може відскочити в іншому напрямку (розсіюватися).
Деякі складові кольори білого світла, такі як червоний і помаранчевий, проходять від Сонця до нас у вічі прямо, без розсіювання. Але більшість променів блакитного кольору "відскакує" від частинок повітря в усіх напрямках. Таким чином, все небо виявляється буквально пронизаним блакитним промінням. Коли ви дивитесь вгору, частина цього блакитного світла сягає очі і ви бачите звідусіль над головою блакитне світло! Ось, власне, чому небо блакитне!
Звичайно, все спрощено по максимуму, але нижче представлений параграф, де більш фундаментально описано властивість нашого з вами улюбленого неба над головою та причини, які пояснюють, чому все-таки колір неба саме блакитний, а не зелений!
2. Чому небо блакитне? Відповідь для просунутих
Давайте розглянемо детальніше природу світла та кольору. Колір, як всі знають, - це властивість світла, яке можуть сприймати та визначати наші очі та мозок. Світло від сонця – це велика кількість білих променів, які складаються з усіх 7 кольорів веселки. Світло має властивість дисперсії (рис. 1). Все освітлюється Сонцем, але деякі предмети відбивають промені лише одного кольору, наприклад, синього, інші предмети - лише промені жовтого тощо. Таким чином людина визначає кольори. Отже, Сонце світить на Землю своїм білим промінням, але її огортає атмосфера (товстий шар повітря), і коли цей білий (що складається з усіх кольорів) промінь проходить через атмосферу, саме повітря розсіює (поширює) всі 7 кольорових променів білого сонячного променя, але з більшою силою саме його синьо-блакитні промені (простіше, атмосфера буквально починає світитися блакитним кольором). Інші кольори прямо потрапляють від Сонця до нас у вічі (рис 2).
Чому саме блакитний колір піддається найбільшому розсіюванню в атмосфері? Це природне явище і описується воно фізичним законом Релея. Якщо пояснювати простіше, існує формула, яку вивів Релей в 1871 року, і яка визначає, як залежить розсіювання світла (променя) від кольору цього променя (тобто від такої властивості променя, як його довжина хвилі). І так вийшло, що найменшу довжину хвилі і відповідно найбільше розсіювання має саме небесно-блакитний колір.
Чому під час сходу і заходу сонця небо червоне? На заході сонця Сонце знаходиться низько над горизонтом, через що сонячні промені похило падають
ють на Землю. Довжина променя, природно, багаторазово збільшується (рис. 3), і тому такому величезному відстані майже вся короткохвильова (синьо-блакитна) частина спектру розсіюється у атмосфері і сягає поверхні Землі. Доходить до нас лише довгі хвилі, жовто-червоні. Саме такий колір і набуває неба під час сходу заходу сонця. Ось чому небо окрім блакитного та синього буває і жовтим та червоним!
Нині ж для повного розуміння всього вищесказаного кілька слів у тому, що собою атмосфера.
Що таке атмосфера (небесне склепіння)?
Атмосфера є сумішшю молекул газу та інших матеріалів, що оточують Землю. В основному атмосфера складається з газів азоту (78%) та кисню (21%). Гази та вода (у вигляді пари, крапель та крижаних кристалів) є найбільш поширеними складовими частинами атмосфери. Є також невелика кількість інших газів, а також безліч дрібних твердих частинок, таких як пил, сажа, попіл, сіль із океанів тощо. Склад атмосфери змінюється в залежності від географічного положення, від погоди та багато іншого. Десь може бути більше води у повітрі після зливи або поруч із океаном, десь вулкани вивергають велику кількість часток пилу високо в атмосферу.
Атмосфера більш щільна у своїй нижній частині, поряд із Землею. Вона з висотою поступово витончується. Не існує різкого розриву між атмосферою та простором. Ось чому ми бачимо переливи блакитного та синього на небі, саме тому, що атмосфера на небі скрізь різна, має різну структуру та властивості.
Чому небо блакитне – дуже важко знайти відповідь на таке просте запитання. Багато вчених ламали собі голову у пошуках відповіді. Найкраще вирішення проблеми запропонував близько 100 років тому англійський фізик лорд Джон Релей.
Але розпочнемо спочатку. Сонце випромінює сліпуче чисте біле світло. Значить і колір неба має бути таким самим, але воно все-таки блакитне. Що ж відбувається з білим світлом у земній атмосфері?
Трохи про колір
Біле світло – це суміш кольорових променів. За допомогою призми ми можемо зробити веселку. Призма розкладає білий промінь на кольорові смуги: червону, помаранчеву, жовту, зелену, блакитну, синю та фіолетову. З'єднуючись разом, ці промені знову утворюють біле світло. Можна припустити, що сонячне світло спочатку розщеплюється на кольорові елементи. Потім щось відбувається, і на поверхні Землі досягають лише блакитні промені.
Матеріали на тему:
Що таке природа, природа світу, фото і відео
Гіпотези, що висуваються в різний час
Є кілька можливих пояснень. Повітря, що оточує Землю, - це суміш газів: азоту, кисню, аргону та інших. В атмосфері присутні ще водяна пара та кристалики льоду. У повітрі зважено пил та інші дрібні частинки. У верхніх шарах атмосфери є шар озону. Можливо, причина в цьому?
Деякі вчені вважали, що молекули озону та води поглинають промені червоного кольору та пропускають блакитні. Але виявилося, що в атмосфері просто не вистачить озону та води, щоб пофарбувати небо у блакитний колір.
У 1869 році англієць Джон Тіндалл припустив, що пил та інші частинки розсіюють світло. Синє світло розсіюється найменшою мірою і проходить шари таких частинок, досягаючи поверхні Землі. У своїй лабораторії він створив модель смогу та висвітлив її яскравим білим променем. Зміг забарвився у глибокий синій колір.
Тіндал вирішив, що якби повітря було абсолютно чисте, то ніщо б не розсіювало світло, і ми могли б милуватися яскравим білим небом. Лорд Релей теж підтримував цю ідею, але недовго. В 1899 він опублікував своє пояснення: саме повітря, а не пил або дим, забарвлює небо в блакитний колір.
Матеріали на тему:
Жива і нежива природа - що це, визначення, опис та фото
Зв'язок кольору та довжини хвилі – пояснення чому небо блакитне
Частина сонячних променів проходить між молекулами газу, не стикаючись з ними, і без змін досягає Землі. Інша, більшість, поглинається газовими молекулами. При поглинанні фотонів молекули збуджуються, тобто заряджаються енергією, а потім випускають її у вигляді знову фотонів. Ці вторинні фотони мають різну довжину хвилі і можуть бути будь-якого кольору – від червоного до фіолетового.
Розлітаються вони у всіх напрямках: і до Землі, і до Сонця, і в сторони. Лорд Релей припустив, що колір променя залежить від переважання в промені квантів того чи іншого кольору. При зіткненні молекули газу з фотонами сонячних променів однією вторинний квант червоного кольору припадає вісім квантів синього.
Який результат? Інтенсивне блакитне світло буквально ллється на нас з усіх боків із мільярдів молекул газів атмосфери. До цього світла примішані фотони інших кольорів, тому він не має суто синього тону.
Матеріали на тему:
Чому Китай називають «Піднебесною»?
Особливості колірного спектру
Перед тим, як досягти поверхні землі, де його можуть споглядати люди, сонячне світло має пройти через усю повітряну оболонку планети. Світло має широкий спектр, в якому все ж таки виділяються основні кольори, відтінки веселки. З цього спектру червоний колір має найдовшу світлову хвилю, тоді як фіолетовий – найкоротшу. При заході сонця сонячний диск стрімко червоніє і спрямовується все ближче до лінії горизонту.
При цьому світла доводиться долати все більшу товщу повітря, і частина хвиль при цьому втрачається. Спочатку зникає фіолетовий, потім синій, блакитний. Найбільш довгі хвилі червоного кольору продовжують проникати до Землі до останнього, і тому сонячний диск і ореол навколо нього до останніх моментів мають червонуваті відтінки.
Чому вдень небо блакитне?
Довгі світлові хвилі можуть проникати вглиб атмосфери з тієї причини, що вони майже не поглинаються, не розсіюються аерозолями та суспензією, які постійно циркулюють в атмосфері планети. Коли світло знаходиться ближче до зеніту, складається інша ситуація, яка забезпечує небу блакитність. Синій колір має коротші хвилі, ніж червоний, і він сильніше поглинається. Але його здатність до розсіювання вище в 4 рази порівняно з червоним.