Чому небо блакитне - дуже важко знайти відповідь на таке просте запитання. Найкраще рішення проблеми запропонував близько 100 років тому англійський фізик лорд Джон Релей.
Але почнемо спочатку. Значить і колір неба повинен бути таким же, але воно все таки блакитне. Що ж відбувається з білим світлом в земній атмосфері?
Колір сонячних променів
Справжній колір сонячних променів - білий. Білий світ - це суміш кольорових променів. За допомогою призми ми можемо зробити веселку. Призма розкладає білий промінь на кольорові смуги: червону, помаранчеву, жовту, зелену, блакитну, синю і фіолетову. З'єднуючись разом, ці промені знову утворюють білий світ. Можна припустити, що сонячне світло спочатку розщеплюється на кольорові складові. Потім щось відбувається, і поверхні Землі досягають тільки блакитні промені.
Гіпотези висуваються в різний час
Є кілька можливих пояснень. Повітря, що оточує Землю, - це суміш газів: азоту, кисню, аргону та інших. В атмосфері присутні ще водяна пара і кристалики льоду. В повітрі зважені пил і інші дрібні частинки. У верхніх шарах атмосфери знаходиться шар озону. Може бути причина в цьому?
Деякі вчені вважали, що молекули озону і води поглинають промені червоного кольору і пропускають блакитні. Але виявилося, що в атмосфері просто не вистачить озону і води, щоб забарвити небо в блакитний колір.
У 1869 році англієць Джон Тиндалл припустив, що пил і інші частинки розсіюють світло.Синє світло розсіюється в найменшій мірі і проходить шари таких частинок, досягаючи поверхні Землі. У своїй лабораторії він створив модель смогу і освітив її яскравим білим променем. Смог убрався в глибокий синій колір.
Тиндалл вирішив, що якби повітря було абсолютно чистий, то ніщо б не розсіювало світло, і ми могли б милуватися яскравим білим небом. Лорд Релей теж підтримував цю ідею, але недовго. У 1899 році він опублікував своє пояснення: саме повітря, а не пил або дим, забарвлює небо в блакитний колір.
Зв'язок кольору і довжини хвилі
Частина сонячних променів проходить між молекулами газу, не стикаючись з ними, і без змін досягає поверхні Землі. Інша, більша частина, поглинається газовими молекулами. При поглинанні фотонів молекули збуджуються, тобто заряджаються енергією, а потім випускають її у вигляді знову-таки фотонів. Ці вторинні фотони мають різну довжину хвилі і можуть бути будь-якого кольору - від червоного до фіолетового.
Розлітаються вони у всіх напрямках: і до Землі, і до Сонця, і в сторони. Лорд Релей припустив, що колір випускається променя залежить від переважання в промені квантів того чи іншого кольору. При зіткненні молекули газу з фотонами сонячних променів на один вторинний квант червоного кольору припадає вісім квантів синього.
Який результат? Інтенсивний блакитне світло буквально ллється на нас з усіх боків з мільярдів молекул газів атмосфери. До цього світу наточити фотони інших кольорів, тому він не має чисто синього тону.
Чому небо блакитне - відповідь
Перед тим, як досягти поверхні землі, де його можуть споглядати люди, сонячне світло повинен пройти через всю повітряну оболонку планети. Світло має широкий спектр, в якому все ж виділяються основні кольори, відтінки веселки. З цього спектру червоний колір має найдовшу світлову хвилю, в той час як фіолетовий - найкоротшу. При заході сонячний диск стрімко червоніє і спрямовується все ближче до лінії горизонту.
При цьому світлі доводиться долати все більшу товщу повітря, і частина хвиль при цьому втрачається. Спочатку зникає фіолетовий, потім синій, блакитний. Найбільш довгі хвилі червоного кольору продовжують проникати до поверхні Землі до останнього, і тому сонячний диск і ореол навколо нього до останніх моментів мають червонуваті відтінки.
Що змінюється до вечора?
Ближче до заходу Сонце спрямовується до горизонту, чим нижче воно опускається, тим стрімкіше наближається вечір. У такі моменти шар атмосфери, який відокремлює початковий сонячне світло від земної поверхні, починає різко збільшуватися з-за рогу нахилу. У якийсь момент ущільнюють шар перестає пропускати інші світлові хвилі крім червоних, і в цей момент небо забарвлюється саме в цей колір. Синій вже не присутній, він поглинається в процесі проходження через шари атмосфери.
Цікавий факт: при заході Сонце і небо проходять через цілу гаму відтінків - в міру того, як ті чи інші з них перестають проходити через атмосферу. Те ж саме можна спостерігати і на момент сходу сонця, причини обох явищ однакові.
Що відбувається при сході Сонця?
При сході сонячні промені проходять через той же процес, але в зворотному порядку. Тобто, спочатку через товщу атмосфери під сильним кутом пробиваються перші промені, до поверхні доходить тільки червоний спектр. Тому схід спочатку світиться червоним кольором. Потім, у міру сходу і зміни кута, починають проходити і хвилі інших квітів - небо забарвлюється помаранчевим, і далі воно стає звично блакитним. Спостерігається полуденний глибока синява неба, і потім, до вечора, воно починає знову переходити до Багрянцев. З одного боку неба, віддаленої від сонця, спостерігається синьо-чорний відтінок, але чим ближче до призахідного світила, тим більше червоних відтінків можна бачити біля горизонту, поки Сонце жевріє остаточно.
Такі колірні явища спостерігаються повсюдно. Сонце знаходить червоний колір, як і близькі до нього ділянки неба, як у екватора, так і на полюсах. Це явище можна бачити по всій планеті. Іноді заходи або світанки мають більш насичені червоні тони, це пов'язано зі станом атмосфери, наявністю в ній аерозолів або суспензій. В інших випадках колір виявляється не таким вираженим, більш помірним. Існують народні прикмети, що дозволяють визначати погоду на наступний день по відтінкам заходу - люди навчилися аналізувати кольору і передбачати стан атмосфери по ним з більшою або меншою точністю.
Таким чином, червоний колір заходу пов'язаний з тим, що під великим кутом через товщу атмосфери прориваються лише червоні кольори сонячного спектра, мають найдовшу хвилю. Червоний колір сходів пов'язаний з тим же фактором.В інший час дня небо блакитне, так як цей відтінок здатний заглушити інший спектр, маючи найбільшу здатність до розсіювання.