В ясный день небо над нами окрашено в насыщенный голубой цвет. Однако на рассвете и закате палитра небесного свода кардинально меняется, превращаясь в полотно из золотистых, оранжевых, багровых и даже изредка зелёных оттенков. Что заставляет небо, подобно хамелеону, менять свою окраску? На этот вопрос отвечает фундаментальное физическое явление, о котором рассказывает журнал «Повседневная наука».
Всё дело в сложном взаимодействии солнечного света с земной атмосферой. Ключевую роль в этом процессе играет рэлеевское рассеяние — физический феномен, при котором свет рассеивается на объектах, размеры которых меньше длины его волны. Чтобы понять его природу, нужно разобраться, что представляет собой свет и из чего состоит воздух, которым мы дышим.
Свет как волна
Свет — это электромагнитное излучение, видимое человеческому глазу. Он обладает удивительным свойством, известным как корпускулярно-волновой дуализм: в одних условиях свет ведёт себя как поток частиц (фотонов), а в других — как волна. Для объяснения цвета неба важна именно его волновая природа. Представьте себе идеальные круги на воде от брошенного камня. Солнечный свет распространяется подобным образом, только «камнем» является наше светило. Эти световые волны имеют определённую длину — расстояние между двумя соседними гребнями. Длина волны видимого света очень мала и измеряется в нанометрах: от примерно 380-400 нм для фиолетового цвета до 760-780 нм для красного.
Обратите внимание: С какого возраста начинать обучение ребенка иностранному языку?.
Атмосфера как «художник»
Воздух — это смесь газов: азота, кислорода, аргона, углекислого газа и других. Если бы они были распределены абсолютно равномерно, небо, каким мы его знаем, не существовало бы. Однако в атмосфере постоянно возникают флуктуации плотности — микроскопические случайные сгустки и разрежения молекул газа. Именно эти неоднородности, действующие как крошечные частицы, и становятся причиной рэлеевского рассеяния. Световая волна, встречая на своём пути такой сгусток, размер которого меньше её длины, отклоняется от первоначального направления, то есть рассеивается.
Почему небо голубое, а закат красный?
Но почему рассеяние приводит к появлению конкретных цветов? Всё зависит от длины волны. Чем короче волна, тем сильнее она рассеивается. Фиолетовый свет рассеивается примерно в 16 раз интенсивнее, чем красный. Однако в солнечном спектре синий цвет присутствует в большем количестве, чем фиолетовый, и именно он, интенсивно рассеиваясь во всех направлениях, окрашивает небосвод в привычный нам голубой оттенок.
Цвет заката и рассвета объясняется другим аспектом того же явления. Когда Солнце находится у горизонта, его лучам приходится проделывать гораздо более длинный путь через толщу атмосферы, чем в зените. За это время коротковолновые синие и голубые лучи успевают рассеяться настолько сильно, что практически не доходят до наблюдателя. В результате сквозь атмосферную «призму» пробиваются преимущественно длинноволновые лучи — жёлтые, оранжевые и красные, создавая живописную картину заката.
Таким образом, великолепная игра красок на небе — это не магия, а точная и изящная работа законов физики. Рэлеевское рассеяние, взаимодействуя с изменяющейся толщиной атмосферы, дарит нам и лазурь полдня, и багрянец вечера.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Какого цвета небеса?.