Газы, частицы и капли воды, содержащиеся в атмосфере Земли, рассеивают солнечный свет. Синий свет рассеивается сильнее, чем другие цвета, поэтому небо обычно голубое.
В следующем тексте мы рассмотрим цвет неба и подробно ответим, почему небо голубое, а не, например, фиолетовое, и почему на закате небо красное.
Почему небо голубое?
Наверное, каждый хотя бы раз задумывался над вопросом: "Почему небо голубое?". Чтобы полностью понять это и ответить на вопрос, необходимо объяснить, как работает солнечный свет и как он реагирует, когда встречает на своем пути частицы в атмосфере.
Солнечный свет (точнее, электромагнитные волны), который для человеческого глаза является белым, на самом деле представляет собой смесь всех цветов радуги. Мы можем наблюдать это, когда идет дождь и на небе появляется радуга. Это происходит потому, что молекулы воды и капли в воздухе действуют как крошечные призмы и разделяют световой луч, т.е. разделяют электромагнитные волны.
Электромагнитные волны имеют разную длину, поэтому, когда луч света встречает призму, свет разделяется на отдельные волны (цвета). Волны самой большой длины имеют самую низкую частоту, а волны самой короткой длины - самую высокую частоту.
Это не отражено в данной анимации, но электромагнитные волны на самом деле не одинакового размера. Из видимых нам волн красный свет самый большой - около 750 нанометров, а синий и фиолетовый - около 400 нанометров. Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет около 50 000 нанометров.
Величина электромагнитных волн имеет здесь значение, поскольку солнечный свет, попадая в атмосферу, рассеивается (распространяется в разных направлениях) молекулами в атмосфере - такими как азот и кислород. Все длины волн рассеиваются молекулами воздуха, но больше всего рассеиваются короткие длины волн, т.е. синие и фиолетовые. Это происходит потому, что молекулы воздуха намного меньше длины волны, а чем меньше длина волны, тем больше она рассеивается.
Это было описано, как рассеяние Рэлея, согласно которому фиолетовые волны на границе видимого света рассеиваются гораздо сильнее, чем красные.
Так почему же небо не фиолетовое?
Если фиолетовый свет рассеивается в атмосфере еще больше, чем синий, то почему небо голубое, а не фиолетовое? Это происходит потому, что рецепторы в наших глазах более чувствительны к синему цвету, чем к фиолетовому. Кроме того, большинство синих волн задерживаются в верхних слоях атмосферы.
Положение солнца и цвет неба
Цвет неба, который видят наши глаза, зависит от положения солнца. В течение дня, если смотреть на любую точку неба, до нас доходит синий свет, отраженный от молекул воздуха в атмосфере, а поскольку синие волны отражаются гораздо чаще других, мы видим голубое небо. Ближе к горизонту небо начинает становиться светло-голубым или белым, это происходит потому, что при взгляде на горизонт слой воздуха, через который должен пройти голубой свет, толще, чем над нами.
Красное небо
Красное небо появляется после захода солнца. Это происходит потому, что чем ниже на небе находится солнце, тем больше атмосфера, через которую проходит свет - а мы уже знаем, что красные и желтые волны не рассеиваются в атмосфере, как синие. Это означает, что красный свет проходит прямо, а синие и фиолетовые волны рассеиваются в атмосфере, в результате чего мы видим красное небо. Пыльца, загрязнения и водяной пар в воздухе усиливают эффект красного неба.
Другие планеты
Поскольку цвет неба, которое мы видим, связан с атмосферой, это означает, что на других планетах оно может иметь другой цвет. Изображения с Марса показывают, что закат может приобретать голубоватый оттенок из-за пыли, находящейся в воздухе.
С другой стороны, на Луне нет атмосферы, поэтому мы не увидим там ни голубого неба, ни красного заката. Но это даст нам идеальный вид на космос.