Если солнечный свет белый, то почему тогда небо днём голубое, а на закате становится красным, розовым, багровым? И почему зимой небо светлее, чем летом? А действительно: почему?...
Солнечный свет
Попробуем обойтись без хитрозамороченных физических формул с зубодробительными коэффициентами. Начнём с того, что свет, излучаемый нашим Солнцем, - белый. Или бесцветный... Кому как больше нравится.
А ещё хорошо известно и даже доказано Исааком Ньютоном, что белый цвет можно запросто разложить на другие цвета и получить ... правильно - радугу. Про то, что "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан" или "Как однажды Жак звонарь, головой сломал фонарь" знают практически все взрослые и дети.
Кстати, может кто-то из наших читателей знает и другие варианты для запоминания цветов радуги? Будет здорово, если поделитесь ими в комментариях!
Проходя через земную атмосферу, солнечный свет неизбежно преломляется и рассеивается, а значит, белый цвет должен раскладываться на цвета спектра, но видим мы почему-то только голубой/синий - днём и разнообразные оттенкикрасного по вечерам. В чём же причина?
История вопроса
Вопрос, почему небо голубое интересовал человечество, кажется, с самых первых дней. Как только это не объясняли наши далёкие предки, сочиняя разнообразные мифы и легенды. Но мы не о них. Мы о спектре и его разложении на цвета.
Первым, кто заинтересовался этим вопросом с точки зрения физики, был не Исаак Ньютон, а его соотечественник -английский учёный лорд Джон Рэлей. Вывод, который он в итоге сделал - необычайно сложен, но вполне логичен. Впрочем, обо всём по порядку.
До выводов Рэлея выдвигалось несколько гипотез, объясняющих голубизну чистого неба. Первая заключалась в том, что различные газы (в частности, озон) и вода, составляющие нашу атмосферу, поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые.
Была произведена серия трудоёмких расчётов, в результате которой было установлено, что в нашей околоземной атмосфере просто нет столько озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет. Значит, причина в чём-то другом.
Лабораторные опыты
В 1869 году англичанин Джон Тиндалл выдвинул предположение, что причиной голубого цвета неба над нами являются пыль и другие частицы, взвешенные в воздухе и рассеивающие свет. Тиндалл заявлял, что синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли.
Чтобы подтвердить свои умозаключения чем-то более весомым учёный произвёл серию лабораторных опытов. В их рамках он сотворил смог и осветил его 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.
А теперь самое время вспомнить про лорда Рэлея. Этот достойный человек поддерживал идею Тиндалла, но недолго. В 1899 году он опубликовал собственное объяснение, согласно которому сам воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет. Вот теперь без сложных физических терминов не обойтись.
Почему небо голубое
Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами.
Прежде, чем переходить дальше, надо дать определение, что такое "Фотон". Это элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле - света). Фотон - безмассовая частица и может существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона равен нулю.
При поглощении фотонов солнечного света молекулы газов в атмосфере заряжаются энергией, а затем испускают её в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета - от красного до фиолетового.
Разлетаются вторичные фотоны во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче фотонов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный фотон красного цвета приходится восемь квантов синего.
Надеемся, наши объяснения помогли вам разобраться в этом вопросе. И поделитесь с нами стишками для запоминания цветов радуги!
