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

Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Все сходится: 7 экотроп Санкт-Петербурга и Ленинградской области Все сходится: 7 экотроп Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Короткие экомаршруты по Санкт-Петербургу и Ленинградской области

СНОБ
Непонятый Иуда Непонятый Иуда

Иуда — самый известный синоним слова «предатель»

Дилетант
Блины-скородумки, перепеча и кундюбки: чем кормили в русских трактирах XIX века Блины-скородумки, перепеча и кундюбки: чем кормили в русских трактирах XIX века

Вкусный гид по традиционным блюдам дореволюционной столицы

ТехИнсайдер
Король и его колония Король и его колония

Как Конго стало символом колониальной жестокости

Дилетант
Оказалось, что сыр делает старость счастливой Оказалось, что сыр делает старость счастливой

Сыр улучшает психическое здоровье и стрессоустойчивость

ТехИнсайдер
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Как используют ИИ в маркетинге — главные тренды

СНОБ
«Природа — наш секс-партнер»: что такое экосексуальность и почему она стала трендом «Природа — наш секс-партнер»: что такое экосексуальность и почему она стала трендом

Экосексуальность: что за собой скрывают столь необычные предпочтения?

Psychologies
Все течет, все меняется Все течет, все меняется

Плавучие школы и больницы, плантации суперфудов – как живут в Амазонии

Вокруг света
10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать 10 серийных маньяков, которых так и не удалось поймать

Еще 10 причин ходить и оглядываться

Maxim
Баба Яга и таролог: как бизнес строит имидж через необычные вакансии Баба Яга и таролог: как бизнес строит имидж через необычные вакансии

Почему компании ищут штатных астрологов или тарологов?

Forbes
Чем аффирмации опасны для жизни: почему позитивные фразы могут принести вред? Чем аффирмации опасны для жизни: почему позитивные фразы могут принести вред?

Могут ли позитивные фразы оказывать негативное влияние на психику?

VOICE
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
Виртуальная атака: как защититься от кибермошенников Виртуальная атака: как защититься от кибермошенников

Какими схемами пользуются кибермошенники и как защитить себя от них

ТехИнсайдер
Посмотрите на 4000-летний лабиринт минойской цивилизации! Вот где его нашли: интересные факты Посмотрите на 4000-летний лабиринт минойской цивилизации! Вот где его нашли: интересные факты

Для чего люди минойской цивилизации строили лабиринты?

ТехИнсайдер
«Счастье в мелочах»: как научиться радоваться, если вся ваша жизнь — сплошной стресс «Счастье в мелочах»: как научиться радоваться, если вся ваша жизнь — сплошной стресс

Как приятные мелочи могут помочь сохранить эмоциональный баланс

Psychologies
Какими были стоянки верхнего палеолита? Какими были стоянки верхнего палеолита?

Можно ли по «радиоуглероду» узнать, какими были палеолитические стоянки?

Наука и жизнь
«В Китае путешествовали всегда» «В Китае путешествовали всегда»

О том, как внутренний и внешний туризм устроены в Китае

Правила жизни
«Мифы Дальнего Востока. От хозяина тайги Дуэнте и шаманки Кытны до духов вулканов и мухоморных девушек» «Мифы Дальнего Востока. От хозяина тайги Дуэнте и шаманки Кытны до духов вулканов и мухоморных девушек»

Великий ворон Куткынняку и переселение душ

N+1
«Новая порода людей» «Новая порода людей»

Образовательно-воспитательный проект Ивана Бецкого

Наука и техника
Исторический роман о жизни великого мудреца. Йохи Брандес: «Сад Акивы» Исторический роман о жизни великого мудреца. Йохи Брандес: «Сад Акивы»

Глава из исторического романа об особом периоде в истории еврейского народа

СНОБ
Дарья Павленко, Диана Вишнёва Дарья Павленко, Диана Вишнёва

Две суперзвезды современного танца сошлись на сцене БДТ в «Дуо»

Собака.ru
Когда жена — нарцисс: 7 опасностей, подстерегающих в отношениях Когда жена — нарцисс: 7 опасностей, подстерегающих в отношениях

Чем чреваты отношения с нарциссической партнершей?

Psychologies
Фанатские теории по «Звездный войнам», которые все меняют Фанатские теории по «Звездный войнам», которые все меняют

Почему Джа-Джа Бинкс на самом деле — ситх, Мейс Винду жив, а эвоки едят людей

Maxim
История любви История любви

Ребенок влюбился: как правильно вести себя в такой ситуации?

Лиза
Академия Русского балета имени Вагановой Академия Русского балета имени Вагановой

Академию Русского балета им. Вагановой 11 лет назад возглавил Николай Цискаридзе

Собака.ru
Как работает единственная приливная электростанция России или Затянувшийся эксперимент Как работает единственная приливная электростанция России или Затянувшийся эксперимент

Почему проект Кислогубской ПЭС не получил развития?

ТехИнсайдер
«Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl «Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl

Как ведут себя pick-me girl и почему они так не нравятся другим женщинам?

Psychologies
Планеты богатства Планеты богатства

Как Луна, Венера и Плутон влияют на деньги

Лиза
Давид Голощекин Давид Голощекин

Евангелист джаза в России Давид Голощекин раздает вайбы на весь город

Собака.ru
Открыть в приложении