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
Юлия Немчина Юлия Немчина

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

Собака.ru
На надувной лодке через Атлантику На надувной лодке через Атлантику

Кругосветное плавание безопасной работой не было никогда

Вокруг света
Отдохнуть в IT-парке: куда переезжают российские стартапы Отдохнуть в IT-парке: куда переезжают российские стартапы

Куда релоцировались российские технологические компании и их сотрудники

Forbes
Наши высочества Наши высочества

Интервью с высокими и талантливыми актрисами сериала «Дылды»

Maxim
Японские боги, Дикий Запад и огры. Мультфильмы-лауреаты премии «Оскар» Японские боги, Дикий Запад и огры. Мультфильмы-лауреаты премии «Оскар»

Самые интересные мультфильмы, которые стали лауреатами премии «Оскар»

СНОБ
«Шахматная горячка»: как один исторический турнир увлек этой игрой весь СССР «Шахматная горячка»: как один исторический турнир увлек этой игрой весь СССР

Глава из книги «Россия на 64 клетках. История чемпионов»

Forbes
Все сложно: топ-5 новых фильмов о семейных конфликтах Все сложно: топ-5 новых фильмов о семейных конфликтах

Фильмы, фокусирующиеся на сложных родственных отношениях

Psychologies
Грамотные инвестиции и тяга к риску: как Арнольд Шварценеггер стал миллиардером Грамотные инвестиции и тяга к риску: как Арнольд Шварценеггер стал миллиардером

Арнольд Шварценеггер стал миллиардером благодаря умению рисковать

Forbes
Масса, я тебя знаю! Масса, я тебя знаю!

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

Лиза
Как взбодриться без кофе. 9 простых советов, которые помогут прогнать сонливость Как взбодриться без кофе. 9 простых советов, которые помогут прогнать сонливость

Как без кофе повысить уровень энергии, который еще не успел подняться с утра?

Лиза
«Цифровые блага для благотворительных организации часто недоступны» «Цифровые блага для благотворительных организации часто недоступны»

О мотивах запуска проекта «Технологии добра» и первых результатах

Деньги
Солнечные и лунные люди: кто они такие и как определить свой тип Солнечные и лунные люди: кто они такие и как определить свой тип

Как на нас влияют Солнце и Луна?

VOICE
«Повседневность дагестанской женщины: Кавказская война и социокультурные перемены XIX века» «Повседневность дагестанской женщины: Кавказская война и социокультурные перемены XIX века»

Какую помощь имамат оказывал вдовам

N+1
Познаются в беде? 5 мифов о дружбе Познаются в беде? 5 мифов о дружбе

Какие мифы о дружбе до сих пор верны, а какие давно устарели?

Psychologies
Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского

Почему мазь Вишневского так сложно найти в российских аптеках?

ТехИнсайдер
Эпидемиолог Олег Гамов: Симптомы ботулизма ни с чем не перепутать Эпидемиолог Олег Гамов: Симптомы ботулизма ни с чем не перепутать

Эпидемиолог — о том, какие продукты вызывают ботулизм и о способах профилактики

СНОБ
История чемпионата Европы по футболу: факты, которые вы могли не знать об этом соревновании История чемпионата Европы по футболу: факты, которые вы могли не знать об этом соревновании

Экскурс в историю Чемпионата Европы по футболу

ТехИнсайдер
Ипотечные ставки почувствовали дно Ипотечные ставки почувствовали дно

Летом рынок останется без массовых госпрограмм

Деньги
Петер Фламм: «Я» — обретенная классика Петер Фламм: «Я» — обретенная классика

Фрагмент забытого романа: Петер Фламм «Я»

СНОБ
Черешня самая полезная ягода лета: почему? Черешня самая полезная ягода лета: почему?

Черешня не только сладкая и вкусная, но и богата питательными веществами

ТехИнсайдер
Устойчивая нестабильность Устойчивая нестабильность

«Венские процессы» как зеркало демократии

Weekend
Касабланка в Адлере Касабланка в Адлере

ЖК «Касабланка» в честь города в Марокко тоже расположен на берегу

Идеи Вашего Дома
Это не усталость: почему мы не всегда можем распознать стресс Это не усталость: почему мы не всегда можем распознать стресс

Симптомы серьезного стресса, подтачивающие здоровье

Forbes
Что такое субъективная бессонница и как ее лечить Что такое субъективная бессонница и как ее лечить

Не спите всю ночь? А может быть, это только ощущение?

РБК
Виталий Пушницкий Виталий Пушницкий

Виталия Пушницкого называют одним из самых дорогих современных художников страны

Собака.ru
Занавес! 6 типичных ошибок при выборе штор Занавес! 6 типичных ошибок при выборе штор

Правильно подобранные шторы отражают индивидуальность хозяйки. Как их выбрать?

Лиза
Физическая активность в вечернее время лучше снизила уровень глюкозы в крови Физическая активность в вечернее время лучше снизила уровень глюкозы в крови

Физическая активность людей с ожирением в вечернее время снижает уровни глюкозы

N+1
Не бескрайние леса Не бескрайние леса

Как добывать лес, чтобы при этом его становилось больше?

Наука и жизнь
Дмитрий Полынцев Дмитрий Полынцев

Дмитрий Полынцев основал и возглавляет один из самых успешных холдингов страны

Собака.ru
Открыть в приложении