Публикация «Что нам говорит физика о том, почему небо голубое?»
Что нам говорит физика о том, почему небо голубое?
г. Москва, Восточный округ.АНО ОО "Русская Международная Школа" . (Ловцова Анжелика Фёдоровна-учитель физики и астрономии).
Солнечный свет достигает атмосферы Земли и рассеивается во всех направлениях всеми газами и частицами в воздухе. Синий свет рассеивается сильнее, чем другие цвета, потому что он распространяется в виде более коротких волн. Вот почему мы видим голубое небо большую часть времени. Солнечный свет выглядит белым. Но на самом деле он состоит из всех цветов радуги.
Когда белый свет проходит через призму, он разделяется на все свои цвета. Призма - это кристалл особой формы. Свет, который вы видите, - это всего лишь крошечная частица всех видов световой энергии, излучаемой во Вселенной - и вокруг вас!
Подобно энергии, проходящей через океан, энергия света тоже распространяется волнами. Часть света распространяется короткими, "прерывистыми" волнами. Другой свет распространяется длинными, ленивыми волнами. Волны синего света короче волн красного.
Весь свет движется по прямой, если только что-то не встанет на пути и не совершит одно из этих действий:—
отрази его (как зеркало)
согните его (как призму)
или рассеять его (как молекулы газов в атмосфере)
Солнечный свет достигает атмосферы Земли и рассеивается во всех направлениях всеми газами и частицами воздуха. Синий свет рассеивается во всех направлениях крошечными молекулами воздуха в атмосфере Земли. Синий рассеивается сильнее, чем другие цвета, потому что распространяется в виде более коротких волн. Вот почему мы видим голубое небо большую часть времени.
Ближе к горизонту небо становится более светлым, голубым или белым. Солнечный свет, достигающий нас низко в небе, прошел через еще большее количество воздуха, чем солнечный свет, достигающий нас сверху. Когда солнечный свет проходил через весь этот воздух, молекулы воздуха рассеивались и повторно рассеивали синий свет много раз во многих направлениях.
Кроме того, поверхность Земли отражает и рассеивает свет. Все это рассеяние снова смешивает цвета, поэтому мы видим больше белого и меньше синего.
Почему закат красный?
По мере того, как Солнце опускается ниже в небе, его свет проходит через большую часть атмосферы, чтобы достичь вас. Еще больше синего света рассеивается, позволяя красным и желтым оттенкам проходить прямо к вашим глазам.
Иногда кажется, что светится вся западная часть неба. Небо кажется красным, потому что мелкие частицы пыли, загрязняющих веществ или других аэрозолей также рассеивают синий свет, оставляя больше чистого красного и желтого света для прохождения через атмосферу.
На других планетах небо тоже голубое?
Все зависит от того, что находится в атмосфере! Например, у Марса очень разреженная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа и наполненная мелкими частицами пыли. Эти мелкие частицы рассеивают свет иначе, чем газы и частицы в атмосфере Земли.
Фотографии с марсоходов и посадочных модулей НАСА на Марсе показали нам, что на закате все выглядит прямо противоположно тому, что вы видели бы на Земле. В дневное время марсианское небо приобретает оранжевый или красноватый цвет. Но когда солнце садится, небо вокруг Солнца начинает приобретать сине-серый оттенок.
На верхнем снимке видно оранжевое марсианское небо днем, а на нижнем - голубоватое небо на закате. Оба снимка были сделаны спускаемым аппаратом NASA Mars Pathfinder. Предоставлено: NASA / JPL
Первые шаги к правильному объяснению того, почему небо голубое, были предприняты Джоном Тиндалем в 1859 году.
В 1869 году англичанин Джон Тиндаль провел эксперимент и продемонстрировал, что если искусственно созданный туман осветить лучом белого света, то сбоку он будет смотреться голубым. Так стало ясно, что все дело в рассеянии света. Вообще-то достаточно было посмотреть и на голубой дымок от горящего конца сигары, сигареты или папиросы. Действительно, с древних времен людям было известно, что луч света распространяется прямолинейно. Однако он всегда виден, если посмотреть на него сбоку. Но обычно луч так и кажется белым.
Объяснение было найдено в 1871 году замечательным физиком лордом Рэлеем (Джон Стретт). Он рассчитал, что если свет рассеивается на крупных частицах, например на пылинках, размер которых существенно больше длины волны любой из составляющих белого света, то он так и остается белым.
Например, так и будет, если размер пылинки сопоставим с одним микрометром. А вот если размер окажется гораздо меньше, то голубой и фиолетовый начнут рассеиваться гораздо сильнее красного. Значит, рассеянный свет, окрашивающий небо, будет голубым. Теория прекрасно объясняла, почему солнце на восходе и закате красное: все из-за того, что лучу приходится проходить более толстые слои воздуха, синий цвет рассеивается еще сильнее, а красный попадает в глаз напрямую. Вот только смущало, что небо голубое как раз в тех местах, где пыли нет. На чем же тогда рассеивается свет? Рэлей предположил, что на молекулах воздуха. В 1906 году опыты американского астрофизика Чарльза Эббота по рассеянию света позволили оценить концентрацию молекул в воздухе, и она прекрасно совпала с уже известной из совсем других опытов. Однако радость продолжалась недолго. В 1907 году русский профессор физики Леонид Мандельштам, которому было всего 28 лет, обратил внимание, что теория Рэлея работает, если число молекул в единице объема воздуха достаточно мало, а в реальной атмосфере это не так. Голубой цвет неба снова стал необъяснимым, пока Мандельштам не понял: все дело в том, что воздух никогда не бывает однородным. Всегда вследствие случайных тепловых движений молекул в очень малых объемах воздуха образуются случайные изменения плотности. Вот поэтому-то и происходит рассеяние, придающее небу голубой цвет.
Все хорошо, и можно бы успокоиться. Но эти случайные флуктуации по расчету должны приводить к очень малому, трудно измеримому мерцанию неба. Опыт, который позволил бы доказать, что так и должно быть, Мандельштам вместе со своим коллегой Григорием Ландсбергом смог подготовить лишь через 18 лет. Это оказался очень тонкий, добросовестный опыт, в результате которого было открыто совершенно новое явление, получившее название комбинационного рассеяния.
Ловцова А.Ф - Небо кажется голубым из-за рассеяния света в атмосфере Земли. Когда солнечные лучи попадают в атмосферу, они рассеиваются на молекулах воздуха, причем коротковолновые лучи (синие и фиолетовые) рассеиваются сильнее, чем длинноволновые (красные, оранжевые и желтые).
Используемые источники.
https://ab-news.ru/pochemu-nebo-goluboe/
https://www.shkolazhizni.ru/biographies/articles/10571/
https://spaceplace.nasa.gov/
http://skygazer.ru/pochemu-nebo-goluboe/
