Вы когда-нибудь задумывались почему небо голубое? Ведь атмосфера состоит из прозрачного воздуха, а солнечный свет имеет белый цвет. Как же так получается, что днем при свете Солнца небо становится голубым и непрозрачным. Вплоть до 1899 года этот парадокс был неразрешим, но сейчас наука знает ответ.
Почему небо голубого цвета?
Ответ кроется в природе света. Белый свет состоит из семи цветов спектра: красного, оранжевого, желтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового, каждому из которых соответствует определенная длина волны. Волны красного света имеют наибольшую длину, оранжевые - чуть меньшую... фиолетовые - самые короткие.
- Солнце
- Лучи света
- Цвета спектра, которые составляют видимую часть излучения (света) нашего Солнца.
- Земля
При прохождении через плотную земную атмосферу свет начинает рассеиваться, преломляясь на мельчайших частичках газа, водяного пара и пыли. Как вы уже наверное догадались, не все составляющие спектра рассеиваются одинаково. Так длинные красные волны практически не рассеваются в стороны, следуя за лучом до самой земли. Синий коротковолновой свет наоборот очень хорошо рассеивается в стороны, окрашивая весь небосвод в сине-голубые тона.
- Световые волны
- Атмосфера Земли
- Преломление и рассеивание синей части спектра
Чем короче волна света, тем сильнее она рассеивается в атмосфере, и наоборот. Номером «3» на рисунке отмечен процесс преломления света на молекулах газа, частичках пыли и каплях воды, наполняющих атмосферу.
Короткий ответ : Синяя часть цветового спектра Солнца, вследствии короткой длины волны, лучше рассеивается в земной атмосфере в сравнении с 6 другими цветами спектра.
Почему небо НЕ фиолетовое?
Фиолетовая часть спектра действительно имеет более короткую длину волны, чем синяя, в связи с чем лучше рассеивается в атмосфере. Тем не менее, наше небо не фиолетовое. Почему? Во-первых, Солнце имеет неравномерный спектр - фиолетового излучения значительно меньше синего. Во-вторых, глаза человека менее чувствительны к фиолетовому цвету.
Почему закат красный?
Во время рассвета и заката солнечный свет идет по касательной к поверхности земли - расстояние проходимое лучом через атмосферу значительно увеличивается. Весь коротковолной свет рассеивается в стороны за долго до того, как достигнет наблюдателя. Доходят до земли только длинные оранжевые и красные волны, которые незначительно рассеиваются вдоль прямых лучей и окрашивают локальную часть небосвода.
Солнце, которое обогревает и освещает нашу Землю, благодаря которому мир раскрашивается разными цветами, излучает чисто белый свет. Но, когда мы смотрим на небосклон, видим синие и голубые цвета. Почему не белый, раз цвет солнечных лучей изначально такой, а воздух прозрачный?
Почему мы видим небо голубого цвета?
Белый цвет состоит из семи цветов радуги. То есть белый – это смесь красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Атмосфера Земли состоит из смеси газов. Солнечные лучи, достигая Земли, встречаются с молекулами газа. Здесь происходит отражение лучей и разложение их на семь цветов спектра. Лучи красного спектра (сюда относятся: красный, оранжевый, желтый) длиннее, они, в большинстве своем, проходят напрямую к земле, не задерживаясь в атмосфере. Лучи синего спектра (зеленый, голубой, синий, фиолетовый) являются коротковолновыми. Они-то и отскакивают от молекул воздуха в разные стороны (рассеиваются) и наполняют собой верхние слои атмосферы. Поэтому весь небосклон пронизан голубым светом, распространяющимся в разные стороны.
Стоит уточнить, почему мы не видим небо зеленым, а видим именно голубым. Это происходит, потому что цвета синего спектра перемешиваются между собой и в результате получается голубое небо. Кроме того, человеческий глаз лучше воспринимает голубой цвет, чем, например, фиолетовый. Тогда еще один интересный момент – почему небо голубое, а закат красный. Дело в том, что днем солнечные лучи направлены перпендикулярно к поверхности Земли, а во время заката и восхода – под углом. При таком положении лучей относительно Земли, им приходится двигаться в атмосфере на большие расстояния, поэтому волны короткого спектра уходят в стороны и становятся не видны, а волны длинного спектра частично рассеиваются по небосклону. Поэтому мы видим закат и восход в красных-оранжевых тонах.
Как объяснить ребенку, почему небо голубое?
Теперь, когда мы сами разобрались с цветом небосклона, давайте подумаем, как сделать доступным для детей объяснение вопроса, почему небо голубое. Например, можно так: солнечные лучи, достигая атмосферы Земли, встречаются с молекулами воздуха. Здесь происходит разложение солнечного луча на цветные световые волны. В результате красный, оранжевый, желтый свет продолжает движение к Земле, а цвета синего спектра задерживаются в верхних слоях атмосферы и распределяются по небосклону, окрашивая его в голубой цвет.
Зная своих детей и уровень их знаний о нашей планете, вы сможете сами понять, как проще объяснить своему ребенку, почему небо голубое.
Почему небо голубое? Трудно найти ответ на такой простой вопрос. Многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предложил около 100 лет назад английский физик лорд Джон Рэлей .
Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?
Белый свет — это смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу.
Призма раскладывает белый луч на цветные полосы:
■ Красную
■ Оранжевую
■ Желтую
■ Зеленую
■ Голубую
■ Синюю
■ Фиолетовую
Соединяясь вместе, эти лучи вновь образуют белый свет. Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.
Так почему же небо голубое?
Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,- это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Некоторые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.
В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий цвет. Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет, и мы могли бы любоваться ярким белым небом. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение:
Именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.
Основная теория о голубом цвете неба
Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем испускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета - от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.
Каков результат? Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из миллиардов молекул газов атмосферы. К этому свету примешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто синего тона.
Почему тогда закат красный?
Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.
Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.
Научное объяснение
Выше мы дали ответ сравнительно простым языком. Ниже мы процитируем обоснование с использованием научных терминов и формул.
Отрывок из Wiki:
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ 4 , λ — длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается в приблизительно 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым лучам).
Во время заката и рассвета свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.
Вероятно, при другом составе атмосферы, например, на других планетах цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый.
Рассеяние и поглощение - главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ 4 . При бо́льших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.
Как же приятно выйти ясным днём на природу и насладиться хорошим видом, прекрасной погодой и голубым небом. Самое красивое - именно лазурное небо . Им так давно любуются люди, что даже придумали название цвета, - «небесно-голубой». Однако знаете, марсиане вот с таким утверждением не согласятся в корне. На Марсе небо может быть фиолетовое, розовое и красное. Совсем другое. Так почему же на Земле небо голубое? И в самом деле, почему небо голубое?
Этот вопрос мучает людей уже очень давно. А более-менее обоснованные теории, объясняющие суть, начали появляться лишь в XIX веке. Некоторые говорили, что голубым светятся газы и кристаллики воды, кто-то говорил о том, что пыль отражает все другие цвета.Но обратимся к современным теориям и пусть они объяснят нам из-за чего небо голубое.
Немного занимательной физики.
Солнце излучает яркий белый свет. Таким его и видят космонавты. На Земле же свет проходит сквозь атмосферу и рассеивается благодаря форме (как через линзу) и составу (взвешенные частицы и газы) нашей воздушной оболочки. Происходит дифракция света, то есть расщепление белого на все его составляющие.
Тут надо вспомнить про радугу.
Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан. Красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой и синий. Все эти цвета - это составляющие белого. Радуга - та же дифракция, только через капли дождя. Свет распространяется волнами. Каждый цвет имеет собственную длину волны и соответствующие ей свойства. Красный свет - длинноволновый. Он хорошо проходит сквозь толщу воздуха, и практически не рассеивается. Поэтому когда мы смотрим на Солнце, - оно белое или красное. Волны синего цвета короче. Этим обусловлено его большее рассеивание. Поэтому всё небо, кроме солнца и его короны, - голубое.
В следующий раз, когда вас кто-то спросит «а почему небо голубое?», можете с уверенностью говорить, что голубой цвет неба обусловлен дифракцией света и коротковолновой природой голубого излучения. Это точно произведёт впечатление на собеседника.
Солнечный свет белый, то есть включает в себя все цвета спектра. Казалось бы, небо тоже должно быть белым, но оно голубое.
Наверняка ваш ребёнок знает фразу «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан», которая помогает запомнить цвета радуги. А радуга - лучший способ понять, как свет распадается на волны разной частоты. Наибольшая длина волны - у красного цвета, наименьшая - у фиолетового и синего.
Воздух, в котором есть молекулы газов, микрокристаллы льда и капли воды, рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее, поэтому синего и фиолетового цвета в небе в восемь раз больше, чем красного. Этот эффект называется рэлеевским рассеянием.
Проведите аналогию с шариками, скатывающимися по рифлёной доске. Чем больше шарик, тем меньше вероятность того, что он отклонится от курса или застрянет.
Объясните, почему небо не может быть других цветов
Почему небо не фиолетовое?
Логично предположить, что небо должно быть фиолетовым, ведь у этого цвета самая короткая волна. Но тут в дело вступают особенности солнечного света и строение человеческого глаза. Спектр солнечного света неравномерен, оттенков фиолетового в нём меньше, чем остальных цветов. А человеческому глазу не видна часть спектра, что ещё сильнее уменьшает процент оттенков фиолетового в небе.
Почему небо не зелёное?
amopintar.comУ ребёнка может возникнуть вопрос: «Раз рассеяние усиливается с уменьшением длины волны, почему небо не зелёное?». Рассеиваются в атмосфере не только синие лучи. Их волна самая короткая, поэтому они заметнее и ярче всего. А вот если бы человеческий глаз был устроен иначе, небо казалось бы нам зелёным. Ведь длина волны этого цвета чуть длиннее, чем у синего.
Свет устроен не так, как краски. Если перемешать зелёную, синюю и фиолетовую краски, получится тёмный цвет. Со светом же всё наоборот: чем больше цветов смешивается, тем светлее получается результат.
Расскажите про закат
Мы видим голубое небо, когда Солнце светит сверху. Когда оно приближается к горизонту, а угол падения солнечных лучей уменьшается, лучи идут по касательной, проходя гораздо больший путь. Из-за этого волны сине-голубого спектра поглощаются в атмосфере и не доходят до Земли. В атмосфере же рассеиваются красный и жёлтый цвета. Поэтому на закате небо становится красным.