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
Что делать, если автомобиль затопило дождем, и можно ли его спасти Что делать, если автомобиль затопило дождем, и можно ли его спасти

Потоп — одна из самых опасных вещей, которые могут случиться с автомобилем

Maxim
«В нужный момент в нужном месте» «В нужный момент в нужном месте»

Человек, который предотвратил ядерную катастрофу

Дилетант
Самый ленивый кот на свете смог похудеть благодаря бассейну Самый ленивый кот на свете смог похудеть благодаря бассейну

Даже кот смог похудеть к лету! Помог ему в этом бассейн

ТехИнсайдер
Невидимые миру Невидимые миру

Жён советских лидеров часто называли «первыми леди СССР». Но это были лишь слова

Дилетант
Родина инвесторов манит Родина инвесторов манит

Чего ждать от рынка акций во втором полугодии

Деньги
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
Маргарита Аброськина: «Мне на многое интересно пойти ради роли» Маргарита Аброськина: «Мне на многое интересно пойти ради роли»

Нам, балетным детям, казалось, что все остальные люди в мире — неудачники

Караван историй
Липовые губернаторы и шантаж в сети: какие угрозы таит искусственный интеллект Липовые губернаторы и шантаж в сети: какие угрозы таит искусственный интеллект

Какие схемы популярны у мошенников и как не стать их жертвой

ФедералПресс
4 признака того, что вы пьете слишком много воды 4 признака того, что вы пьете слишком много воды

Может ли быть вредно пить слишком много воды?

ТехИнсайдер
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
Дышащие под водой Дышащие под водой

Могут ли, с точки зрения науки, человекоподобные существа жить под водой?

Вокруг света
Как правильно есть продукты, улучшающие потенцию Как правильно есть продукты, улучшающие потенцию

Врач назвал мощные природные афродизиаки, но предупредил, что есть нюансы

Maxim
6 преимуществ купания в море и океане — срочно в отпуск 6 преимуществ купания в море и океане — срочно в отпуск

Почему нам всем срочно нужно на море

ТехИнсайдер
Переизобрести Пушкинский Переизобрести Пушкинский

Внедрение современных технологий для классического музея — всегда вызов

СНОБ
8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам 8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам

Финансовые советы для людей старше 50 лет

VOICE
Теперь кофе можно буквально есть и намазывать на хлеб Теперь кофе можно буквально есть и намазывать на хлеб

Швейцарский стартап придумал новый формат кофе

ТехИнсайдер
Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров Большие парни не делятся: как маркетплейсы постепенно урезают прибыль партнеров

Владельцы пунктов выдачи заказов зарабатывают на своем бизнесе все меньше

Forbes
Юрии Набатов Юрии Набатов

Надежный штурман Юрий Набатов инвестирует в урбанизм

Собака.ru
Михаил Лабковский назвал четыре запрета, которые помогут вам стать счастливее Михаил Лабковский назвал четыре запрета, которые помогут вам стать счастливее

От каких установок нужно отказаться, чтобы сохранить душевное равновесие?

Psychologies
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
Джуд Лоу: Я счастлив, что у меня есть удивительная возможность сниматься в блокбастерах и инди-проектах Джуд Лоу: Я счастлив, что у меня есть удивительная возможность сниматься в блокбастерах и инди-проектах

Джуд Лоу о подготовке к съемкам «Игры королевы» и его будущих проектах

СНОБ
Небоскреб в форме паруса. Отелю-символу Дубая 25 лет Небоскреб в форме паруса. Отелю-символу Дубая 25 лет

Этот отель стоит на рукотворном острове и каждый день спасает редких черепах

СНОБ
Обратная сторона коттеджных рекордов Обратная сторона коттеджных рекордов

Что разбалансировало рынок коттеджного строительства?

Монокль
Пепел и пыль: 5 самых страшных ядерных катастроф в истории Пепел и пыль: 5 самых страшных ядерных катастроф в истории

Рассказываем о пяти катастрофах из истории атомной промышленности

ТехИнсайдер
Страшные эпизоды из мультсериалов Страшные эпизоды из мультсериалов

Скажем этим мультфильмам спасибо за нашу поломанную психику

Maxim
Стоит ли съезжать на бездорожье с моноприводом? Стоит ли съезжать на бездорожье с моноприводом?

Как преодолеть бездорожье на моноприводе?

4x4 Club
Существует ли пищевая зависимость Существует ли пищевая зависимость

Когда тяга к еде становится чем-то большим, чем просто желанием есть?

ТехИнсайдер
Санкур для современного пролетариата Санкур для современного пролетариата

Кто, как и зачем сегодня «гоняет лодыря» в санаторно-курортной сфере

Монокль
Премиальная водка — реальность или обман? Премиальная водка — реальность или обман?

Дорогая водка — для тех, кому некуда девать деньги, или классный напиток?

Maxim
Открыть в приложении