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
Сильные, воинственные и бесстрашные: 7 книг о героях, которые ничего не боятся Сильные, воинственные и бесстрашные: 7 книг о героях, которые ничего не боятся

Истории о героях, которые смело встречаются лицом к лицу с опасностями?

ТехИнсайдер
Разведка доложила точно Разведка доложила точно

Есть мнение, что агентурная сеть сыграла определяющую роль в Курской битве

Дилетант
Варвара Убель: «Я знаю формулу хита» Варвара Убель: «Я знаю формулу хита»

Варвара Убель — молодая и амбициозная певица, абсолютно своя в мире джаза

ЖАРА Magazine
Наталья Гранцева, Уистен Оден… и статья британского посла Наталья Гранцева, Уистен Оден… и статья британского посла

«Зеркала Шекспира» – новая книга на вечную (с XVI века) тему

Знание – сила
Рубль набирает вес Рубль набирает вес

В мае биржевой курс доллара впервые за четыре месяца опустился ниже 90 руб./$

Деньги
Точка роста Точка роста

Это интервью мы записали с Лянкой Грыу на фестивале «Новое движение»

OK!
Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе Франц Кафка — гений, уверенный в собственном крахе

На какие особенности жизни Кафки нужно обратить внимание, чтобы его понять?

Правила жизни
Приятные бонусы. Топ-5 полезных продуктов для стройной фигуры Приятные бонусы. Топ-5 полезных продуктов для стройной фигуры

Не хочешь отказывать себе в маленьких радостях? И не надо

Лиза
Как одиночество влияет на здоровье Как одиночество влияет на здоровье

Одиночество крадёт у людей годы жизни, вредит не меньше курения и ожирения

Здоровье
Мостик между Москвой и Красноярском: как сибирские рестораторы покоряют столицу Мостик между Москвой и Красноярском: как сибирские рестораторы покоряют столицу

Почему во многих городах России гастрономия сейчас интереснее, чем в столице?

Forbes
La grande bellezza La grande bellezza

Рассуждения о профессии реставратора и воспоминания о флорентийском наводнении

Seasons of life
Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами

Какие фамилии стали общеупотребительными словами, изменив первоначальный смысл?

ТехИнсайдер
Рододендроны — в каждый сад Рододендроны — в каждый сад

Что реально потребуется для выращивания рододендронов?

Наука и жизнь
Acta diurna populi Romani: первая публичная газета Acta diurna populi Romani: первая публичная газета

Первая газета: Acta diurna populi Romani – «Ежедневные дела римского народа»

Знание – сила
Железо, одиночество и отсутствие цели: как не дать мозгу состариться раньше времени Железо, одиночество и отсутствие цели: как не дать мозгу состариться раньше времени

Что можно сделать, чтобы отсрочить старение мозга? Отрывок из книги нейробиолога

Forbes
«Не каждый может придумывать что-то новое» «Не каждый может придумывать что-то новое»

Испанец Дабиз Муньос – гастрономическая сенсация

Правила жизни
Как сделать гать: технология 12 века для лучшего приключения этого лета Как сделать гать: технология 12 века для лучшего приключения этого лета

Гать — самый древний метод строительства дорог

ТехИнсайдер
Как выбрать оверлок: 6 характеристик, на которые стоит обратить внимание Как выбрать оверлок: 6 характеристик, на которые стоит обратить внимание

Оверлок: какой взять, чтобы и по бюджету не ударил, и выполнял свои обязанности?

CHIP
3 шага, чтобы извлечь пользу из стресса 3 шага, чтобы извлечь пользу из стресса

Можно ли превратить стресс в полезный ресурс?

Psychologies
Это должен знать каждый хозяин: как помочь собаке справиться с жарой Это должен знать каждый хозяин: как помочь собаке справиться с жарой

Как ответственным хозяевам помочь питомцу чувствовать себя комфортно в жару

ТехИнсайдер
Ревень Ревень

Чем полезен ревень и что из него можно приготовить?

Здоровье
Александр и Лиза Цикаришвили Александр и Лиза Цикаришвили

Александр и Лиза Цикаришвили — активаторы новой волны петербургского искусства

Собака.ru
Salavat Kypere Salavat Kypere

Salavat Kypere — стилист по профессии и готическая принцесса по призванию

Собака.ru
Почему вам сложно просить помощи Почему вам сложно просить помощи

Почему люди отказываются просить помощи?

ТехИнсайдер
6 убеждений, которые лишь усугубят вашу травму 6 убеждений, которые лишь усугубят вашу травму

Шесть распространенных неверных убеждений о психологической травме

Psychologies
Деградация рынка: как новые санкции США изменят правила валютных торгов в России Деградация рынка: как новые санкции США изменят правила валютных торгов в России

Российский валютный рынок в целом ждет деградация и возвращение в начало 1990-х

Forbes
Окнами в парк Окнами в парк

Квартира с современным эклектичным интерьером с нотками авангарда

Идеи Вашего Дома
Устойчивая нестабильность Устойчивая нестабильность

«Венские процессы» как зеркало демократии

Weekend
Астрономы увидели предсказанное повторное частичное разрушение звезды черной дырой Астрономы увидели предсказанное повторное частичное разрушение звезды черной дырой

Астрономы нашли звезду, обращающуюся вокруг черной дыры по вытянутой орбите

N+1
Открыть в приложении