У ясний сонячний день небо над нами виглядає яскраво-синім. Увечері захід забарвлює небосхил в червоні, рожеві і помаранчеві кольори. Чому небо блакитне? Що робить захід червоним?
Для відповіді на ці питання потрібно знати, що таке світло і з чого складається атмосфера Землі.
Світло є різновидом енергії. перенесення якої здійснюється за допомогою хвиль. Світлова хвиля є коливаннями електричних і магнітних полів, цей діапазон називається електромагнітним спектром.
Електромагнітні хвилі поширюються через безповітряний простір зі швидкістю 299,792 км / с. Швидкість поширення цих хвиль називається швидкістю світла.
Енергія випромінювання залежить від довжини хвилі і її частоти. Довжина хвилі - це відстань між двома найближчими вершинами (або западинами) волни.Частотаволни - це число коливань хвилі за секунду. Чим довше хвиля, тим нижче її частота, і тим менше енергії вона несе.
Кольори видимого світла
Видиме світло є частиною електромагнітного спектра, який може бути видно нашими очима. Світло від Сонця або лампи розжарювання здається білим, хоча в дійсності він є сумішшю всіх кольорів. Основні кольори. з яких складний білий колір це червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Ці кольори безперервно переходять один в інший, тому крім основних кольорів є ще величезна кількість всіляких відтінків. Всі ці кольори і відтінки можна спостерігати на небі у вигляді веселки, що виникає в області підвищеної вологості. Радуга виникає через заломлення світла Сонця в крапельках води, що діють як одна гігантська призма.
Можна побачити різні кольори видимого спектру світла, розклавши його на складові за допомогою призми. Кольори спектру змішуються, безперервно переходять один в інший. На одному кінці спектр має червоний або оранжевий кольори. Ці кольори плавно переходять в жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий кольори. Кольори мають різні довжини хвиль, різні частоти і розрізняються по енергіях.
Поширення світла в повітрі
Світло поширюється через простір по прямій до тих пір, поки на його шляху немає перешкод. При вході світлової хвилі в атмосферу світло продовжує поширюватися прямолінійно доти, поки на його шляху не виявиться пил або молекули газу. У цьому випадку те, що станеться зі світлом буде залежати від його довжини хвилі і розміру часток, що опинилися на його шляху.
Частинки пилу і краплі води мають розміри набагато більше, ніж довжина хвилі видимого світла. Світло відбивається в різних напрямках при зіткненнях з цими великими частками. Різні кольори видимого світла однаково відображаються цими частками. Відбите світло здається білим, так як він все ще містить ті ж самі 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 будь-якого газу, то частина його поглинається. Трохи пізніше молекула починає випромінювати світло в різних напрямках. Колір випромінюють світла є тим же самим кольором, який був поглинений. Але кольору 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 англійського фізика Джона Релея, який відкрив це явище розсіювання в 1870-х роках.
Чому небо блакитне?
Небо має блакитний колір через розсіювання Релея. У міру просування світла через атмосферу велика частина довгих хвиль оптичного діапазону проходить без змін. Тільки незначна частина червоного, оранжевого і жовтого кольорів взаємодіє з повітрям.
Повітря, що заповнює все небо, є сумішшю дрібних молекул газу і невеликих твердих частинок, таких як пил.
У міру того, як сонячне світло проходить крізь повітря, він натикається на молекули і пил. Коли світло стикається з молекулами газу, то може статися відбиття світла в різних напрямках. Деякі кольори, наприклад, червоний і помаранчевий, безпосередньо досягають спостерігача, безпосередньо проходячи через повітря. Але більша частина синього світла перевідбивається 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 світла досягає наших очі від усіх кінців неба. Так як всюди над головою нам видно синій колір, то небо виглядає блакитним.
Якщо подивитися в бік горизонту, то небо буде мати більш блідого відтінку. Це є результатом 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 на обрії здається блідіше або навіть здається зовсім білим.
Чорне небо і біле сонце
Із Землі Сонце здається жовтим. Якби ми знаходилися в космосі або на Місяці, то Сонце здавалося б нам білим. У космосі немає атмосфери, яка розсіює сонячне світло. На Землі частина коротких хвиль сонячного світла (блакитний і фіолетовий кольори) поглинаються розсіюванням. Частина, що залишилася спектра виглядають жовтим кольором.
Крім того, в космосі небо виглядає темним або чорним замість блакитного. Це результат відсутності атмосфери. У космічному просторі відсутня повітря. Так як там немає перешкод, від яких світло могло б відображатися, то світло поширюється безпосередньо. Промені світла не розсіюються, і "небо" виглядає темним і чорним.
Чому захід червоний?
Коли Сонце хилиться до заходу, то сонячного світла доводиться проходити більшу відстань в атмосфері, що б досягти спостерігача, відповідно більше сонячного світла відбивається і розсіюється атмосферою. Так як менше прямого світла досягає спостерігача, то Сонце здається менш яскравим. Колір Сонця так само здається іншим, він має діапазон кольорів від оранжевого до червоного. Це відбувається через те, що розсіюється ще більше короткохвильових квітів, блакитного і зеленого. Залишаються тільки довгохвильові складові оптичного спектру, які і досягають очей спостерігача.
Небо навколо сонця може бути забарвлене в різні кольори. Найбільш красивим небо буває тоді, коли повітря містить безліч маленьких частинок пилу або води. Ці частинки відбивають світло у всіх напрямках. В цьому випадку відбувається розсіювання більш коротких світлових хвиль. Спостерігач бачить світлові промені більш довгих хвиль, і тому небо здається червоним, рожевим або помаранчевим.