Почему небо может принимать те или иные цвета в разных местах?

Знание – силаНаука

Оттенки неба

Как разнообразны оттенки неба – днем, в сумерках, на восходах и закатах, в горах и в морозной дымке и даже в разные времена года. Почему же небо может принимать те или иные цвета в разное время суток и в разных местах?

Татьяна Морозова

Прежде всего давайте познакомимся с таким понятием, как рэлеевское рассеяние света. Здесь речь пойдет о механизме рассеяния света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Такое рассеяние пропорционально частоте световой волны в четвертой степени и значит, рассеиваются больше всего волны в сине-фиолетовой области видимой части спектра. Рассеяние света Рэлея – это рассеяние без изменения длины волны на частицах, неоднородностях или других объектах, когда размеры рассеивающих частиц меньше длины волны света.

Но что вообще такое рассеяние и как рассеивает молекула? Свет рассеивается только при взаимодействии с молекулами и частицами, иначе он проходит через среду беспрепятственно. При этом молекула наиболее вероятно рассеивает свет в направлении назад и вперед, нежели в перпендикулярном. Таким образом, часть рассеянного света все равно дойдет до наблюдателя.

Когда луч солнечного света, который имеет в своем спектре все цвета видимого диапазона и потому кажется нам интегрально белым, проходит через атмосферу, некоторые цвета солнечного луча рассеиваются и поглощаются молекулами воздуха и взвешенными частицами, изменяя его цвет.

Небо днем голубое ввиду рэлеевского рассеяния света, имеющего максимум в коротковолновой области спектра (сине-фиолетовых оттенках). Однако оно не фиолетовое, потому что интенсивность солнца в голубых лучах больше (согласно закону о тепловом излучении абсолютно черного тела), и интегральная картинка всего видимого диапазона воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутый от фиолетового края, но тяготеющий именно к этой стороне спектра. Более того, глаз человека лучше воспринимает синие цвета, нежели фиолетовые.

Почему возле самого солнца днем небо светлее? Все длины волн рассеиваются и суммарно дают белый свет.

Когда солнце движется к закату, свет от него проходит через бόльшую толщу атмосферы, чем днем, когда солнце находится вблизи зенита, и путь, преодолеваемый светом, увеличивается. Молекулы атмосферы поглощают и рассеивают синий свет гораздо лучше, чем красный, поэтому солнечный свет теряет коротковолновую составляющую, а другие цвета, такие как красный, оранжевый и желтый, могут продолжать проходить сквозь атмосферу без изменений. Поэтому небо на закате кажется красным там, где заходит или недавно зашло солнце. Более того, при рассеянии большей части спектра общая интенсивность излучения снижается, и на солнце, готовое уйти за горизонт, можно смотреть безболезненно. Самые красные оттенки наблюдаются у горизонта, потом они плавно переходят в оранжевые и желтые цвета. При этом интенсивность света падает, небо тускнеет.

Градиенты1 в закатном небе обусловлены рассеянием лучей, проходящих различную толщу атмосферы. Синие рассеиваются сильнее, чем желтые и красные, и поэтому их можно наблюдать только в зените относительно заходящего солнца (куда они идут не через такую плотную атмосферу, как к горизонту – с высотой плотность атмосферы экспоненциально падает). Иногда можно заметить и зеленый оттенок, но в очень узкой переходной области. Зеленые цвета получаются потому, что синие уже рассеялись на этой толщине атмосферы, а красные по сравнению с зелеными, которые занимают максимум спектра, еще не начали преобладать.

1. Градиент в данном случае – плавный переход между двумя или более цветами в спектре видимого света или двумя оттенками одного цвета.

Если много взвешенных капель в атмосфере, то небо особо красное практически без желтых оттенков, потому что атмосфера в данном случае плотнее и рассеяние интенсивнее.

На закате у горизонта еще сохраняются лучи, которые подсвечивают вышележащие слои неба, потому они и желто-красные. И также аналогично за ними зеленые и голубые подсвечивают более высокие слои, проходя через меньший слой воздуха (там, где его плотность падает) и меньше рассеиваясь по пути, а до верха дойдут через менее плотные слои атмосферы даже синие.

Когда солнце уже зашло за горизонт, то мы все еще видим желтые оттенки у горизонта. Однако это уже не прямой свет, а рассеянный молекулами, но так как луч суммарно проходит большую толщину атмосферы, то все синие рассеиваются и остается только желтая составляющееся. Для более верхней части неба луч проходит менее плотные слои атмосферы и там меньше рассеянных синих цветов. Почему видны желтые цвета, а не красные – из-за отсутствия прямых лучей.

Сумеречная синева

После заката небо начинает приобретать сине-желтые цвета, причем они располагаются градиентом – у горизонта больше желтых, а выше – синих цветов.

Оказывается, что синева сумеречного неба имеет отчасти другую природу, чем дневного. И это даже по оттенку не совсем такой синий, как днем. В сумерки лучу до зенита снова нужно идти долгий путь, в том числе через плотные слои атмосферы. Если бы существовало только рэлеевское рассеяние, то тогда небо в сумерках было бы бледно-желтое2, потому что все синие относительно желтых рассеялись бы больше.

2. Hulbert, E. O. 1953, JOSA, 43, 113 (Э. О. Халберт. «Объяснение яркости и цвета неба, особенно сумеречного неба», J. Opt. Soc. Am. 43, 113–118).

Помимо рэлеевского рассеяния здесь присутствует еще и новый процесс – поглощение Шаппюи. Когда солнце опускается значительно ниже горизонта, его прямой свет может достигать только верхней атмосферы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Новая работа Новая работа

Как вести себя на собеседовании, чтобы понравиться боссу с первого взгляда

Лиза
Фантом диверсанта Фантом диверсанта

Родился Отто Скорцени 12 июня 1908 года в Австрии, в Вене

Дилетант
Ева Польна Ева Польна

2024 год Ева Польна встречает в статусе абсолютной инди-дивы

Собака.ru
Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера Советские солдаты возле убитого двойника Гитлера

В мае 1945 года по Берлину распространился слух, что обнаружен труп Гитлера

Дилетант
На свежем воздухе На свежем воздухе

Лучшие идеи для обустройства летнего балкона

Лиза
Дарья Козлова Дарья Козлова

Первый проректор ИТМО и директор по образованию «Яндекса» Дарья Козлова

Собака.ru
Юлия Немчина Юлия Немчина

Гендиректор ГК «Рики» с командой в 2023-м громко отметили 20-летие Смешариков

Собака.ru
Масса, я тебя знаю! Масса, я тебя знаю!

Творожная масса — нежная, сладкая и, как раньше считалось, полезная

Лиза
«Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр «Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр

«Болеро. Душа Парижа»: история создания самого известно сочинения Мориса Равеля

Монокль
Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США

Какие мотоциклы использует армия США?

ТехИнсайдер
Восток и запад Восток и запад

Интригующий диалог между древним Китаем и модернистской архитектурой

SALON-Interior
Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы

Как построить здоровые отношения между галеристом и художником?

СНОБ
Пробковый спор Пробковый спор

Алгоритмы лезут в бутылку: изобретают новые купажи, разрабатывают рецептуры

СНОБ
Садовая диета Садовая диета

Какие натуральные и безопасные подкормки использовать для растений

Лиза
Академия Русского балета имени Вагановой Академия Русского балета имени Вагановой

Академию Русского балета им. Вагановой 11 лет назад возглавил Николай Цискаридзе

Собака.ru
Как заточить терку: 3 способа, которые сделают ее почти как новую Как заточить терку: 3 способа, которые сделают ее почти как новую

Не спешите выбрасывать затупившуюся терку, ей еще можно подарить вторую жизнь

ТехИнсайдер
Мужчину из развалин древнего городища Рока-Веккья пронзили клинковым оружием Мужчину из развалин древнего городища Рока-Веккья пронзили клинковым оружием

Что обнаружили ученые среди останков во время раскопок поселения Рока-Веккья

N+1
Кот вернулся домой спустя 12 лет Кот вернулся домой спустя 12 лет

Кот Арти сам вернулся к своему хозяину после того, как исчез из дома в Уэльсе

ТехИнсайдер
Экономике Дальнего Востока нужны роботы Экономике Дальнего Востока нужны роботы

Новая роль Дальнего Востока в преобразовании цепей поставок

ФедералПресс
Новые смыслы Архангельска: арктический порт и треска без тоски Новые смыслы Архангельска: арктический порт и треска без тоски

Об Архангельске — с винтажным запахом доски, вкусом трески, но без русской тоски

ФедералПресс
10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать 10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать

Еще 10 причин ходить и оглядываться

Maxim
Как заставить собаку перестать есть фекалии Как заставить собаку перестать есть фекалии

Почему собаки становятся капрофагами и можно ли с этим что-то сделать?

ТехИнсайдер
Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков

Параметры налоговой амнистии несколько прояснились

Forbes
Лимит на секс: откуда взялся миф, что женщины моногамны Лимит на секс: откуда взялся миф, что женщины моногамны

Почему женщины должны быть моногамны? Откуда взялся этот стереотип?

Forbes
Андрей Леонов: «Папа был по-детски незащищенным» Андрей Леонов: «Папа был по-детски незащищенным»

«Когда вышли «Папины дочки», я видел на лицах только добрые улыбки»

Коллекция. Караван историй
Большие, густые, роскошные: 5 простых способов отрастить брови в любом возрасте Большие, густые, роскошные: 5 простых способов отрастить брови в любом возрасте

Лайфхаки от профессионалов, с которыми твои брови будут расти как на дрожжах

VOICE
Непредсказуемые, белые и высокомерные: почему Аргентину не любят в Латинской Америке Непредсказуемые, белые и высокомерные: почему Аргентину не любят в Латинской Америке

Чем аргентинцы так «насолили» соседям? Какие стереотипы бытуют об этой нации?

Forbes
Почувствуй энергию Почувствуй энергию

Почему витальность так необходима нам для жизни?

Лиза
Прощай, дерево: из чего в 21 веке будут делать гитары Прощай, дерево: из чего в 21 веке будут делать гитары

Почему гитарные мастера решили использовать ламинат высокого давления?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении