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
«С нами или без нас: Естественная история будущего» «С нами или без нас: Естественная история будущего»

Почему в будущем вороны будут процветать, а овсянки — нет

N+1
«В церкви Божией разгласия» «В церкви Божией разгласия»

Почему и как образовались сразу две «параллельные» русские митрополии?

Дилетант
Автомобиль для императора и министра: чем похожи советская «Чайка» и японка Nissan President Автомобиль для императора и министра: чем похожи советская «Чайка» и японка Nissan President

Сравниваем модель ГАЗ-14 с «японкой» из того же периода истории

ТехИнсайдер
Русская Пруссия Русская Пруссия

75 лет назад в нашей стране появился новый регион — Кёнигсбергская область

Дилетант
«Нарушение временных границ»: как быть тем, кто опаздывает, и тем, кто ждет «Нарушение временных границ»: как быть тем, кто опаздывает, и тем, кто ждет

Какие внутренние причины могут скрываться за неспособностью прийти вовремя?

Psychologies
Самая знаменитая обертка: в честь кого назвали шоколад «Аленка» и что это за девочка в платке Самая знаменитая обертка: в честь кого назвали шоколад «Аленка» и что это за девочка в платке

Кто эта малышка, ставшая символом самого вкусного шоколада СССР?

ТехИнсайдер
Фанатские теории по «Властелину колец», которые все меняют Фанатские теории по «Властелину колец», которые все меняют

Может ли Гэндальф колдовать и почему хоббиты всегда голодные?

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
HDMI и DisplayPort: чем они отличаются? HDMI и DisplayPort: чем они отличаются?

Разбираемся в плюсах и минусах HDMI и DisplayPort

CHIP
Покушение строптивой: история Клаудии Харо, актрисы, организовавшей покушение на мужа-каскадера Покушение строптивой: история Клаудии Харо, актрисы, организовавшей покушение на мужа-каскадера

Зачем Клаудия Хиро наняла киллера для убийства мужа и при чем тут Джо Пеши?

Правила жизни
«Разрывает мне сердце»: россияне жалеют роботов и поднимают упавшие электросамокаты «Разрывает мне сердце»: россияне жалеют роботов и поднимают упавшие электросамокаты

Как люди жалеют роботов и помогают им

Psychologies
Король переигрывает феминизм Король переигрывает феминизм

«Игра королевы»: Джуд Лоу берет на себя грехи Генриха VIII

Weekend
Случайностей не бывает Случайностей не бывает

Минимализм с китайскими мотивами — вот формула этого элегантного интерьера

SALON-Interior
Что такое вирт, чем опасен и стоит ли им заниматься Что такое вирт, чем опасен и стоит ли им заниматься

Секстинг, веб-кам — как обезопасить свои отношения в виртуальном пространстве?

РБК
Мухи у нас Мухи у нас

«Асфальтовые джунгли»: скорая помощь на злых улицах Нью-Йорка

Weekend
Что общего между женским бикини и ядерным взрывом Что общего между женским бикини и ядерным взрывом

Почему остров, на котором проводили испытание атомной бомбы, называется бикини

ТехИнсайдер
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Что происходит в маркетинге сейчас и чего ждать от внедрения ИИ завтра?

СНОБ
«Я виновата перед детьми, что выбрала им такого отца»: что делать, если муж пропал из вашей жизни после развода «Я виновата перед детьми, что выбрала им такого отца»: что делать, если муж пропал из вашей жизни после развода

Наша героиня признается, что не может избавиться от чувства вины перед дочерьми

Psychologies
Евгений Киндинов: «Согласен с Кончаловским: Жизнь слишком коротка, чтобы проводить ее в раздражении и ненависти» Евгений Киндинов: «Согласен с Кончаловским: Жизнь слишком коротка, чтобы проводить ее в раздражении и ненависти»

Мое поколение — счастливые люди

Караван историй
Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий Как разрушить отношения: 6 нереалистичных ожиданий

Какими должны быть отношения? Как их не испортить?

Psychologies
Не только древность: как познакомиться с современным Новгородом Не только древность: как познакомиться с современным Новгородом

Места в Великом Новгороде, которые покажут, чем он живет сейчас

ФедералПресс
Пирс, Инг, Уэйр: 5 книг любимых книг Риз Уизерспун Пирс, Инг, Уэйр: 5 книг любимых книг Риз Уизерспун

Пять любопытных книг из рекомендаций книжного клуба Риз Уизерспун

СНОБ
La grande bellezza La grande bellezza

Рассуждения о профессии реставратора и воспоминания о флорентийском наводнении

Seasons of life
Искусственный интеллект будет бороться со стрельбой в школах? Вот что ждет детей в будущем! Искусственный интеллект будет бороться со стрельбой в школах? Вот что ждет детей в будущем!

ИИ предлагает невероятный потенциал автоматического обнаружения угроз шутинга

ТехИнсайдер
Возвращение в Вестерос: каким получился второй сезон «Дома Дракона» Возвращение в Вестерос: каким получился второй сезон «Дома Дракона»

Второй сезон «Дома Дракона»: разглядываем дьявола в деталях

Forbes
На фотографиях-дагерротипах XIX века исследователи нашли скрытые изображения На фотографиях-дагерротипах XIX века исследователи нашли скрытые изображения

Фотографы еще в XIX веке использовали синхротронную визуализацию

Inc.
Солнечный ожог Солнечный ожог

Как защитить кожу от солнечных ожогов?

Здоровье
11 предметов, которые лучше всего мыть жидкостью для посуды: советы клинеров 11 предметов, которые лучше всего мыть жидкостью для посуды: советы клинеров

Что можно чистить жидкостью для посуды? Она многограннее, чем ты думаешь!

VOICE
Крабовидная туманность вписалась в модель сверхновой с коллапсом железного ядра Крабовидная туманность вписалась в модель сверхновой с коллапсом железного ядра

Масса звезды прародителя Крабовой туманности может составлять 9–10,5 масс Солнца

N+1
Открыть в приложении