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
Клуб кинопутешественников Клуб кинопутешественников

Передача, которая открыла целым поколениям окно в большой мир

Правила жизни
Всемирный фарватер Всемирный фарватер

Как люди путешествовали, когда не было авиасообщения

Вокруг света
Как охладить квартиру без кондиционера: 8 способов пережить жару Как охладить квартиру без кондиционера: 8 способов пережить жару

Как понизить температуру в квартире и при этом не простудиться?

ТехИнсайдер
Владимир Лифшиц Владимир Лифшиц

Биография Владимира Лифшица дает ответ на мучительные вопросы современности

Дилетант
Фантазии искусственного разума: способен ли ИИ на подлинное творчество или обречен оставаться эпигоном? Фантазии искусственного разума: способен ли ИИ на подлинное творчество или обречен оставаться эпигоном?

Может ли машина выйти за рамки создания заданных образцов?

СНОБ
Просчитано до миллиметра Просчитано до миллиметра

Элегантная, уютная и суперкомфортная квартира для одного-двух человек

Идеи Вашего Дома
Элита древних кельтов вела счет происхождения и наследования по материнской линии Элита древних кельтов вела счет происхождения и наследования по материнской линии

В раннем кельтском обществе высокий социальный статус передавался по наследству

N+1
Александр Аверьянов Александр Аверьянов

Александр Аверьянов — самый успешный «охотник» на динозавров в России

Собака.ru
Черешня самая полезная ягода лета: почему? Черешня самая полезная ягода лета: почему?

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

ТехИнсайдер
Чем полезен квас: 3 свойства, отзыв врача и рецепты Чем полезен квас: 3 свойства, отзыв врача и рецепты

Полезен квас, какая у него калорийность и можно ли этот напиток пить беременным

РБК
Эмиграция: что происходит с психикой в новой стране и к чему нужно подготовиться Эмиграция: что происходит с психикой в новой стране и к чему нужно подготовиться

Как наша психика воспринимает эмиграцию?

Psychologies
Муж в депрессии. 7 советов, как ему помочь Муж в депрессии. 7 советов, как ему помочь

В любом возрасте депрессия – это не признак слабости, а серьезное заболевание

Лиза
Юлия Немчина Юлия Немчина

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

Собака.ru
Объявлены в розыск: фантастические твари, которых ищут биологи Объявлены в розыск: фантастические твари, которых ищут биологи

Уникальные существа, которые мастерски скрываются от биологов

СНОБ
У них полоска — всегда в моде: почему моряки носят тельняшки У них полоска — всегда в моде: почему моряки носят тельняшки

Откуда у моряков появилась традиция носить полосатую фуфайку?

ТехИнсайдер
Глаша Гурьянова Глаша Гурьянова

Глаша Гурьянова — петербургский бьюти-феномен

Собака.ru
Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков

Параметры налоговой амнистии несколько прояснились

Forbes
Как удалить ожог от утюга с ткани: 5 простых методов Как удалить ожог от утюга с ткани: 5 простых методов

Рассказываем, как убрать следы ожога утюгом с одежды

VOICE
П. – это Александр Сергеевич Пушкин П. – это Александр Сергеевич Пушкин

Большая и обстоятельная статья о Пушкине в словаре Брокгауза и Ефрона

Знание – сила
Узнайте об операции «Скрепка»! Как США секретно нанимали ученых-фашистов после Второй мировой Узнайте об операции «Скрепка»! Как США секретно нанимали ученых-фашистов после Второй мировой

Как США стремились получить технологии Третьего рейха?

ТехИнсайдер
Каникулы под землей Каникулы под землей

Как отправиться на Таманский полуостров, а вместо этого попасть в Древнюю Грецию

Правила жизни
Мэрил Стрип — 75 лет: вспоминаем самые выдающиеся роли актрисы Мэрил Стрип — 75 лет: вспоминаем самые выдающиеся роли актрисы

Восемь ролей, которые раскрывают многогранный талант Мэрил Стрип

Forbes
Созависимое кино Созависимое кино

Как работал творческий союз режиссеров и цензуры в эпоху застоя

Weekend
Дмитрий Полынцев Дмитрий Полынцев

Дмитрий Полынцев основал и возглавляет один из самых успешных холдингов страны

Собака.ru
У шмелей нашли способность к логическим суждениям У шмелей нашли способность к логическим суждениям

Шмели успешно справились с парадигмой двух чашек и ее вариациями

N+1
Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США

Какие мотоциклы использует армия США?

ТехИнсайдер
Рубль набирает вес Рубль набирает вес

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

Деньги
Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами

Сколько игроков добираются до большого спорта и становятся миллионерами

Forbes
5 фактов из интервью Кевина Спейси, которого обвинили в сексуальном насилии 5 фактов из интервью Кевина Спейси, которого обвинили в сексуальном насилии

Кевин Спейси рассказал о последствиях громкого скандала с ним

Psychologies
Открыть в приложении