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

Аква инкогнита Аква инкогнита

Как вода нарушает правила жидкостей

Вокруг света
Почему закончить топовый технический вуз — не гарантия успешной карьеры в IT Почему закончить топовый технический вуз — не гарантия успешной карьеры в IT

Почему обучение в вузе второго эшелона для карьеры в IT может быть полезным?

Forbes
Золотые фотографии Золотые фотографии

В 1880 году Русское географическое общество получило уникальный дар...

Вокруг света
Не бескрайние леса Не бескрайние леса

Как добывать лес, чтобы при этом его становилось больше?

Наука и жизнь
Из помазанников Божьих в святые мученики Из помазанников Божьих в святые мученики

Расстрел царской семьи — едва ли не самый хорошо исследованный сюжет

Дилетант
5 психологических установок, которые убивают отношения 5 психологических установок, которые убивают отношения

Из-за этих стереотипов между вами и вашим партнером могут возникнуть преграды

Psychologies
Планеты богатства Планеты богатства

Как Луна, Венера и Плутон влияют на деньги

Лиза
Страх неопределенности: почему он появляется и как от него избавиться Страх неопределенности: почему он появляется и как от него избавиться

Почему неопределенность так пугает и что с этим делать?

Psychologies
7 признаков того, что вы — латентный манипулятор 7 признаков того, что вы — латентный манипулятор

Манипуляции бывает трудно распознать даже тому, кто сам их совершает

Psychologies
Созависимое кино Созависимое кино

Как работал творческий союз режиссеров и цензуры в эпоху застоя

Weekend
Свежая и вкусная даже спустя неделю: как правильно хранить клубнику Свежая и вкусная даже спустя неделю: как правильно хранить клубнику

Как сохранить свежесть клубники на неделю вперед — а то и пару недель

ТехИнсайдер
Карьеры «Джимни» Карьеры «Джимни»

Меловой период и эволюция «Джимни»

Автопилот
Преступника может выдать микробный след на одежде Преступника может выдать микробный след на одежде

Микробы смогут помочь криминалистам в раскрытии преступлений

ТехИнсайдер
Что такое гостевой брак и кому он подходит Что такое гостевой брак и кому он подходит

В чем плюсы гостевого брака и есть ли подводные камни?

РБК
А, В, С-план А, В, С-план

Какие 3 шага отделяют нас от стройности?

Лиза
7 признаков, указывающих на то, что муж увлекся вашей подругой 7 признаков, указывающих на то, что муж увлекся вашей подругой

Как понять, что супруг увлекся вашей подругой

Psychologies
«Лучшая актриса всех времен и народов»: восемь главных ролей Анук Эме «Лучшая актриса всех времен и народов»: восемь главных ролей Анук Эме

Вспоминаем знаковые фильмы с участием Анук Эме

Forbes
Агитационный миф Агитационный миф

«Четыре души Койота»: как победить бледнолицых без Гойко Митича

Weekend
Диски и колодки. Как продлить жизнь тормозам Диски и колодки. Как продлить жизнь тормозам

Лайфхаки, которые помогут вам сберечь тормоза

4x4 Club
«Счастье в мелочах»: как научиться радоваться, если вся ваша жизнь — сплошной стресс «Счастье в мелочах»: как научиться радоваться, если вся ваша жизнь — сплошной стресс

Как приятные мелочи могут помочь сохранить эмоциональный баланс

Psychologies
Как быстро зарядить телефон и что для этого нужно Как быстро зарядить телефон и что для этого нужно

Как быстро зарядить телефон Андроид или Айфон и что для этого понадобится

CHIP
Город с двух сторон от одного тракта Город с двух сторон от одного тракта

Бийск: союз баллистических ракет и чудодейственных препаратов

Weekend
Лайфхак для всех! Узнайте, как готовить рыбу и не провонять весь дом Лайфхак для всех! Узнайте, как готовить рыбу и не провонять весь дом

Как избавиться от неприятного рыбного запаха во время готовки?

ТехИнсайдер
Андрей Аствацатуров: Время ярких контркультур, похоже, прошло Андрей Аствацатуров: Время ярких контркультур, похоже, прошло

Стоит ли ждать появления новых бунтарей в литературе?

СНОБ
Неожиданные факты о маньяках Неожиданные факты о маньяках

10 неизвестных фактов о знаменитых серийных убийцах

Maxim
Сын народовольца, военный корреспондент, любимец женщин — каким был поэт Арсений Тарковский Сын народовольца, военный корреспондент, любимец женщин — каким был поэт Арсений Тарковский

Зачем Арсений Тарковский участвовал в теракте в 12 лет и как относился к сыну

СНОБ
Где находится номер двигателя и что делать, если он не читается Где находится номер двигателя и что делать, если он не читается

Для чего нужен номер двигателя, где он находится и как его могут проверить

РБК
Как оставаться спокойным и не срываться? Как оставаться спокойным и не срываться?

Как не будить в себе чудовище и оставаться спокойными в разных обстоятельствах?

Psychologies
Называл «солнцем» и домогался: как харассмент в университетах влияет на студенток Называл «солнцем» и домогался: как харассмент в университетах влияет на студенток

Чем опасен харассмент в академической среде и на ком лежит ответственность?

Forbes
На что способна техника: как умные часы отслеживают качество нашего сна и стоит ли доверять их сведениям На что способна техника: как умные часы отслеживают качество нашего сна и стоит ли доверять их сведениям

Насколько безопасно на время сна оставлять на запястье смарт-часы?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении