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
«Любить по разнарядке – скотство» «Любить по разнарядке – скотство»

Николай Картозия рассказал, как найти маршрут к сердцу российского зрителя

Правила жизни
Два капитана: пенис и мозг — кто кем управляет? Два капитана: пенис и мозг — кто кем управляет?

Наличие пениса и мозга составляют правильный тандем всей мужской жизни

Maxim
Шимпанзе верно оценили вероятности Шимпанзе верно оценили вероятности

Шимпанзе способны решать задачу двух чашек

N+1
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Арсенал для петард Арсенал для петард

Экономическая наука сегодня скандально слаба

Монокль
Все дело в шляпе: вы удивитесь, когда узнаете, что выражение «прошляпить» не имеет никакого отношения к головному убору! Все дело в шляпе: вы удивитесь, когда узнаете, что выражение «прошляпить» не имеет никакого отношения к головному убору!

Почему в поговорках так часто фигурируют шляпы?

ТехИнсайдер
Как противостоять агрессивным манипуляторам: 4 тактики и способы реагирования Как противостоять агрессивным манипуляторам: 4 тактики и способы реагирования

Советы, которые помогут вам выстоять перед агрессивными манипуляторами

Psychologies
Свежая и вкусная даже спустя неделю: как правильно хранить клубнику Свежая и вкусная даже спустя неделю: как правильно хранить клубнику

Как сохранить свежесть клубники на неделю вперед — а то и пару недель

ТехИнсайдер
Как одиночество влияет на здоровье Как одиночество влияет на здоровье

Одиночество крадёт у людей годы жизни, вредит не меньше курения и ожирения

Здоровье
Оказалось, что сыр делает старость счастливой Оказалось, что сыр делает старость счастливой

Сыр улучшает психическое здоровье и стрессоустойчивость

ТехИнсайдер
Золото уходит в слитки Золото уходит в слитки

Мировая нестабильность обеспечила металл высоким спросом частников

Деньги
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
Как распознать фейковое банковское приложение и не попасться на уловки мошенников Как распознать фейковое банковское приложение и не попасться на уловки мошенников

Как защитить свои деньги и не установить фейковое банковское приложение?

ТехИнсайдер
Сергей Крикалев Сергей Крикалев

Сегодня Сергей Крикалев — самый титулованный российский космонавт

Собака.ru
Потерянная любовь: как жить, если лучшие отношения остались в прошлом Потерянная любовь: как жить, если лучшие отношения остались в прошлом

Что делать, если любовь, которую мы потеряли, была важнее всего в жизни?

Psychologies
Влад Мороз Влад Мороз

Отец-основатель русского аутдора Влад Мороз

Собака.ru
Как Блюма Зейгарник делала открытия в психологии, несмотря на давление и репрессии Как Блюма Зейгарник делала открытия в психологии, несмотря на давление и репрессии

Большую часть жизни Блюма Зейгарник боролась с советской властью

Forbes
Стивен Кинг одобряет: как фильм ужасов «Полночь с дьяволом» стал сенсацией Стивен Кинг одобряет: как фильм ужасов «Полночь с дьяволом» стал сенсацией

«Полночь с дьяволом»: чем впечатляет эта жуткая сатира на ток-шоу 70-х

Forbes
Вот что на самом деле вызывает социальную тревожность. Как ее преодолеть? Вот что на самом деле вызывает социальную тревожность. Как ее преодолеть?

Что такое социальная тревожность? Как её преодолеть?

ТехИнсайдер
Феномен «Белых роз»: 5 историй, которые учат видеть прекрасное даже в «плохих» вещах Феномен «Белых роз»: 5 историй, которые учат видеть прекрасное даже в «плохих» вещах

Можно ли с пользой для себя полюбить плохие вещи?

Psychologies
Измена: что мы готовы простить, а что нет Измена: что мы готовы простить, а что нет

Какие измены нам легче простить и почему?

Psychologies
Что делать жертве домашнего насилия: инструкция от психолога Что делать жертве домашнего насилия: инструкция от психолога

Что нам всем нужно знать о домашнем насилии?

Psychologies
Леoн Кемстач Леoн Кемстач

15-летний актер из Петербурга сыграл в главном кинохите 2024 года

Собака.ru
Свидетельницы Иисуса Свидетельницы Иисуса

Среди помощников Иисуса, среди его учеников с самого начала были и женщины

Знание – сила
Стоит ли придерживаться правила «пяти секунд»? У ученых есть ответ Стоит ли придерживаться правила «пяти секунд»? У ученых есть ответ

Неужели бактерии придерживаются правила «пяти секунд»?

ТехИнсайдер
«Человек может быть одинок в любой ситуации» «Человек может быть одинок в любой ситуации»

Бакур Бакурадзе о своем новом фильме и поколении гражданской войны

Weekend
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
Федор Хиросигэ Федор Хиросигэ

Петербург накрыло мощным пришествием человека-гриба — это Федор Хиросигэ

Собака.ru
Каким на самом деле был Пушкин: 5 неожиданных фактов из биографии создателя русского литературного языка Каким на самом деле был Пушкин: 5 неожиданных фактов из биографии создателя русского литературного языка

Пушки: троечник и разгильдяй, покоритель женский сердце и лудоман

ТехИнсайдер
Открыть в приложении