Почему небо синее, а закат красный?

1 months ago 0 просмотров

Свет от Солнца является смесью всех цветов радуги и сталкивается с молекулами газов в атмосфере Земли. Когда день клонится к вечеру, почему небо синее а закат красный объясняется тем, что солнечные лучи падают под другим углом и преодолевают слой атмосферы, который примерно в 38 раз толще.

Отзыв 0 лайков

Возможно, вас также интересует?Больше

почему небо синее а закат красный? Эффект атмосферы

Понимание природных оптических явлений помогает узнать, как солнечный свет преломляется в атмосфере Земли. Изучите научные причины изменения оттенков неба в течение дня, чтобы расширить свои знания об окружающем мире.

Почему небо синее а закат красный: развенчиваем главные мифы

Небо кажется голубым, потому что солнечный свет рассеивается молекулами воздуха во все стороны. Синий и фиолетовый цвета имеют короткую длину волны, поэтому они рассеиваются сильнее остальных. На закате свет проходит длинный путь, синий свет теряется, и до нас доходят только длинные красные волны.

В детстве я был абсолютно уверен, что небо просто отражает мировой океан. Редко я встречал такое красивое и одновременно ошибочное заблуждение. На самом деле, все дело в оптике и составе нашего воздуха. Но есть один контринтуитивный фактор, связанный с нашим зрением, который упускают почти все учебники - я раскрою эту тайну в разделе про анатомию глаза ниже.

Рэлеевское рассеяние света: физика без скучных формул

Когда я впервые попытался объяснить, почему небо голубое, своему пятилетнему племяннику, это был полный провал. Я начал чертить графики спектров и рассказывать про фотоны. Его глаза потускнели ровно через две минуты. Тогда я понял важную вещь. Нужно объяснять на понятных примерах.

Свет от Солнца кажется нам белым. Но на самом деле это коктейль из всех цветов радуги. Когда этот свет проникает в атмосферу Земли, он сталкивается с молекулами газов. Около 78% нашей атмосферы составляет азот, а 21% приходится на кислород.^[1] Эти молекулы работают как крошечные препятствия на пути света.

Как ведут себя разные цвета

Свет движется волнами. Красные и оранжевые волны длинные и ленивые. Они огибают молекулы газов и проходят сквозь атмосферу почти без изменений. Синие волны короткие и очень энергичные. Они врезаются буквально в каждую молекулу на своем пути и разлетаются во все стороны.

Вот и весь секрет.

Куда бы вы ни посмотрели ясным днем, до ваших глаз доходит именно этот рассеянный синий свет, который мечется между молекулами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы.

Почему на закате солнце красное и оранжевое

Когда день клонится к вечеру, Солнце опускается к горизонту. Теперь свет падает под другим углом. В этот момент солнечным лучам приходится преодолевать слой атмосферы, который примерно в 38 раз толще, чем когда Солнце находится прямо над головой. ^[2]

Подождите секунду.

Что происходит с короткими синими волнами при таком огромном слое воздуха? Они рассеиваются настолько сильно, что просто теряются по дороге и не доходят до наших глаз. Зеленые и фиолетовые волны постигает та же участь. Выживают только самые стойкие марафонцы - длинные волны красного и желтого спектра.

Многие думают, что на закате почему на закате солнце красное. На самом деле мы просто смотрим на него через огромный красный фильтр из плотного слоя воздуха. И чем больше в воздухе частиц пыли или дыма, тем насыщеннее будет красный цвет.

Главная загадка: почему небо не фиолетовое?

Помните, я упоминал секрет, связанный с нашим зрением? Пришло время разобраться. Если короткие волны рассеиваются сильнее всего, то фиолетовый цвет должен быть абсолютным чемпионом. Фиолетовые волны короче синих. Значит, небо должно быть фиолетовым.

Но тут есть подвох.

В самом солнечном свете фиолетовых оттенков изначально меньше, чем синих. Но главное кроется в строении человеческого глаза (и это заняло у меня немало времени, чтобы осознать). Наши рецепторы цвета - колбочки на сетчатке - крайне чувствительны к синему, зеленому и красному цветам. К фиолетовому они почти равнодушны. Наш мозг смешивает доступные сигналы и выдает нам чистый голубой цвет.

Скажу честно, когда я узнал, что мозг буквально редактирует картинку неба под наши рецепторы, я был в шоке. Физика создает фиолетово-синий фон, а биология оставляет только синий.

Как меняется свет в разное время суток

Цвет неба напрямую зависит от толщины атмосферы, которую преодолевает свет. Давайте сравним три основных состояния.

Полдень (Солнце в зените)

Синие и голубые активно рассеиваются, остальные проходят напрямую

Ослепительно белый или слегка желтоватый

Минимальная, свет падает отвесно

Закат (Солнце у горизонта) ⭐

Красные, оранжевые, желтые (остальные поглотились)

От насыщенного оранжевого до багрово-красного

Максимальная, свет идет по касательной

Сумерки (Сразу после заката)

Глубокий синий, так как озоновый слой поглощает остатки красного

Скрыто за горизонтом, освещает облака снизу

Свет освещает только верхние слои стратосферы

Интересно, что закат показывает нам истинную природу света. Чем больше препятствий на пути луча, тем проще отфильтровать слабые короткие волны. Именно поэтому в городах с сильным смогом закаты часто выглядят невероятно яркими и кроваво-красными.

Охота за идеальным кадром

Алексей, фотограф-пейзажист из Новосибирска, получил заказ на съемку классического багрового сибирского заката. Он выезжал за город каждый вечер в течение трех недель, но получал лишь тусклые желтоватые кадры. Заказчик начал нервничать, а сам Алексей всерьез думал отказаться от работы.

Решив, что проблема в пыли, он поехал снимать сразу после сильного ливня. Воздух был кристально чистым. Результат? Закат оказался еще более невыразительным, бледно-желтым. Замерзшие руки, мокрая обувь и полное непонимание физики процесса привели к отчаянию.

Внезапно до него дошло. Идеальный закат требует препятствий для света. Чистый воздух пропускает слишком много желтых волн. На следующий день он поехал в район, где над полями висела легкая дымка от сезонных сельскохозяйственных работ. Частицы в воздухе должны были сработать как фильтр.

План сработал идеально. Плотная дымка полностью рассеяла синий и желтый спектр, пропустив только глубокие красные волны. Алексей получил идеальный кадр, сдал проект и навсегда усвоил урок: для красивого заката нужен грязный воздух, а не кристальная чистота.

Дополнительные материалы

Почему небо не фиолетовое, если фиолетовый рассеивается сильнее?

В спектре Солнца гораздо меньше фиолетового цвета, чем синего. Кроме того, человеческий глаз устроен так, что наши цветовые рецепторы слабо реагируют на фиолетовые оттенки, поэтому мозг воспринимает смешанный свет просто как голубой.

Почему закат бывает красным, а не зеленым?

Зеленые волны находятся посередине спектра. Когда слой атмосферы становится очень толстым на закате, зеленый цвет рассеивается и теряется вместе с синим. До наших глаз доходят только самые длинные волны - красные и оранжевые.

Если вы хотите узнать больше, прочитайте о том, как объяснить ребёнку, почему небо голубое.

Какое отношение рэлеевское рассеяние имеет к реальной жизни?

Благодаря пониманию этого принципа инженеры создают эффективные противотуманные фары для автомобилей. Они часто имеют желтый свет, так как длинные волны желтого спектра меньше рассеиваются в тумане по сравнению с белым светом.

Итоги и заключение

Цвет - это иллюзия рассеяния

Небо не имеет собственного цвета. Голубой оттенок появляется только из-за того, что молекулы кислорода и азота разбивают белый свет, отбрасывая короткие синие волны в наши глаза.

Толщина атмосферы меняет все

Увеличение пути света через атмосферу на закате работает как фильтр, который физически блокирует синие волны, оставляя только красный спектр.

Пыль делает закаты ярче

Наличие мелких частиц пыли, дыма или высокой влажности усиливает рассеяние света, делая вечернее небо более насыщенным и багровым.