Небо голубого цвета потому что. Почему небо голубое, а закат красный? Описание, фото и видео. Цвет солнечных лучей

10.10.2020

«Пап, мам, а почему небо голубое?» – сколько раз родители и более старшее поколение тушевались, услышав подобный вопрос от маленького ребёнка.

Кажется, люди с высшим образованием знают практически всё, однако такой интерес детей часто ставит в тупик. Возможно, физик с лёгкостью найдёт объяснение, удовлетворяющее малыша.

Однако «среднестатистические» родители не знают, что ответить ребёнку. Нужно разобраться, какое пояснение подойдёт детям, а какое – взрослому человеку.

Чтобы понять голубизну неба, необходимо вспомнить школьный курс физики. Цвета отличаются способностью к рассеянию (из-за длины волны) в газовой оболочке, окружающей Землю. Так, красный цвет обладает низкой способностью, поэтому его и применяют, например, в качестве наружного бортового освещения самолётов.

Таким образом, те цвета, которые обладают повышенной способностью к рассеянию в воздухе, активно применяют для маскировки каких-либо объектов от воздушных и наземных противников. Обычно это синие и фиолетовые части спектра.

Рассмотрим рассеяние на примере заката. Поскольку красный цвет отличается невысокой рассеивающей способностью, уход солнца сопровождается багрянцем, алыми всполохами и прочими оттенками красного. С чем это связано? Рассмотрим по порядку.

Рассуждаем дальше. Голубое и синее «отделение» спектра находится между зелёными и фиолетовыми цветами. Все эти оттенки отличаются высокой рассеивающей способностью. А максимальное рассеяние определённого оттенка в конкретной среде и окрашивает её в этот цвет.

Теперь нужно объяснить следующий факт: если фиолетовый оттенок лучше рассеивается в воздухе, почему небо голубое, а, к примеру, не фиолетовое. Объясняется этот феномен тем, что органы зрения человека при равной яркости «предпочитают» именно голубые оттенки, а не фиалковый либо зелёный.

Кто раскрашивает небо?

Как же ответить ребёнку, который увлечённо глядит на родителя и ожидает понятного и вполне чёткого ответа. Уход родителя от вопроса может обидеть малыша или разуверить его во «всемогуществе» мамы или папы. Каковы могут быть варианты объяснений?

Ответ № 1. Как в зеркале

Ребёнку в 2-3 годика крайне непросто рассказать про спектры, длину волн и прочие физические премудрости. Но отмахиваться не нужно, лучше дать максимальное простое объяснение, удовлетворив естественное любопытство, присущее крохотному ребенку.

На нашей Земле множество водоёмов: есть и реки, и озёра, и моря (показываем ребёнку карту). Когда на улице солнечно, водичка отражается, как в зеркальце, на небесах. Вот почему небо такое же голубое, как и водичка в озере. Можно показать ребенку в зеркале какой-либо голубой предмет.

Для детей раннего возраста подобное объяснение можно считать достаточным.

Ответ № 2. Брызги в решете

Ребенку постарше можно дать более реалистичное объяснение. Расскажите ему, что солнечный луч включает семь оттенков: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. В этот момент покажите рисунок радуги.

Все лучи проникают к Земле сквозь плотный воздушный слой, как будто через волшебное решето. Каждый лучик начинает разбрызгиваться на составляющие части, но голубой цвет сохраняется, поскольку является наиболее стойким.

Ответ № 3. Небо – это целлофан

Воздух вблизи нас кажется прозрачным, словно тонкий целлофановый пакет, однако его настоящий цвет – голубой. Особенно это заметно, если посмотреть на небеса. Предложите ребенку задрать голову и объясните, что поскольку воздушный слой очень плотный, то и принимает голубоватый оттенок.

Для большего эффекта возьмите целлофановый пакет и сложите его несколько раз, предложив ребёнку посмотреть, как он поменял окраску и степень прозрачности.

Ответ № 4. Воздух – это маленькие частички

Для детей дошкольного возраста подойдёт следующее объяснение: воздушные массы – это «смесь» разнообразных подвижных частиц (газ, пыль, сор, водяные пары). Они настолько малы, что разглядеть их могут люди со специальным оборудованием – микроскопами.

Солнечные же лучики включают в себя семь оттенков. Проходя через воздушные массы, луч сталкивается с маленькими частичками, в результате чего все цвета распадаются. Поскольку голубой оттенок – самый стойкий, его-то мы и различаем в небе.

Ответ № 5. Короткие лучики

Солнце нас греет своими лучиками, причём нам они кажутся жёлтыми, как в детских рисунках. Однако каждый луч на самом деле напоминает яркую радугу. А вот окружающий нас воздух включает множество незаметных глазу частиц.

Когда небесное светило отправляет на Землю лучи, не все из них попадают к месту назначения. Часть лучей (которая синяя) очень короткая и не успевает попасть на Землю, поэтому растворяется в воздухе и становится светлее. Небеса – тот же воздух, только находящийся очень высоко.

Вот почему когда ребёнок поднимает голову, то видит наверху растворённые в воздухе солнечные лучики. Именно поэтому небо и становится голубым.

Для детей очень важно получать быстрое объяснение, однако не всегда удаётся вспомнить либо придумать простой и доступный для понимания ответ. Уход от разговора – конечно, не самый лучший вариант развития событий, однако лучше всё же подготовиться.

Попробуйте объяснить ребёнку, что расскажете, однако сделаете это чуть позже. Обязательно следует указать точное время, иначе малыш подумает, что вы обманываете его. Можно сделать следующее:

Вспомните о планетариях, в которых эксперты очень увлекательно объясняют историю появления Земли, говорят о звёздном небе. Малышу обязательно придётся по душе этот увлекательный рассказ. И даже если экскурсовод и не объяснит о том, откуда взялась голубизна неба, зато он узнает много нового и необычного.
Если нет возможности сходить в планетарий либо вопрос остался без ответа, у вас останется время на поиск в любых источниках, например, в сети. Только подбирайте объяснение, ориентируясь на возраст и уровень интеллектуального развития детей. И не забудьте поблагодарить ребёнка, ведь именно он помогает вам развиваться.

Почему небо голубое? Подобные вопросы беспокоят многих малышей-почемучек, которые знакомятся с окружающим миром. Хорошо, если сам родитель знает, откуда берётся синева над головой. В этом помогут и наши варианты ответов.

Перед тем как рассказать свою версию, предложите ребёнку поразмышлять и выдвинуть собственную идею.

Таким нехитрым способом можно воспитать любознательного кроху, который всегда стремится найти объяснение каждому волнующему его факту.

Здравствуйте, я - Надежда Плотникова. Удачно отучившись в ЮУрГУ на специального психолога, несколько лет посвятила работе с детьми с проблемами в развитии и консультации родителей по вопросам воспитания малышей. Полученный опыт применяю, в том числе, и в деле создания статей психологической направленности. Конечно, ни в коем случае не претендую на истину в последней инстанции, однако надеюсь, что мои статьи помогут уважаемым читателям разобраться с какими-либо трудностями.

Оказывается очень не многие знают ответ на этот, казалось бы «всегда висящий в воздухе вопрос». Часто об этом спрашивают дети, но взрослые не готовы дать объяснение. Многие считают, что этот вопрос из серии тех, на которые мы вообще ответить не можем, типа «где конец вселенной». Есть люди, которые считают, что это цвет смеси азота и кислорода, когда этих газов много и они подсвечены Солнцем. Есть те, которые связывают цвет неба с преломлением света в слоях атмосферы. Те, которые были в школе отличниками, скажут, что, мол, воздух рассеивает синий цвет интенсивнее, чем все другие цвета спектра по закону Релея, часто не понимая суть этого рассеяния. Кстати, вопрос о цвете неба был решен физиками только в двадцатом веке. Поэтому нам не должно быть особенно стыдно.

И хотя этот вопрос напрямую с температурой не связан, давайте попробуем разобраться. Очень глубоко в физику копать не будем, но основные положения о свете и о воздухе напомним.

Солнечный свет - это смесь излучений всех цветов радуги, т.е. электромагнитных волн с частотами колебаний такими, которые могут воздействовать на сетчатку глаза человека. Фиолетовый цвет соответствует длине волны излучения 380 нм, красный - 720 нм. В сетчатке есть колбочки, отвечающие за восприятие цвета. Колбочки трех типов: синие (ответственные за диапазон высоких частот), зеленые (отвечают за средние частоты) и красные (для низких частот). Диапазоны чувствительности колбочек перекрываются, но максимум приходится на определенный цвет.

Молекулы воздуха в нормальном состоянии не имеют заряда, они нейтральны. Однако они состоят из заряженных частиц - электронов и ядер. Под влиянием электрического поля ядра сдвигаются в одном направлении, электроны - в другом, и получается диполь с собственным электромагнитным полем. Если диполь попадает в переменное электромагнитное поле, то он начинает осциллировать, т.е положительный и отрицательный заряды смещаются взад-вперед и диполь сам начинает излучать электромагнитную волну. В нашем случае электромагнитная волна солнечного света заставляет молекулы воздуха превращаться в излучающие электромагнитные волны диполи. Причем направления изучения диполей могут быть всевозможными. По закону сохранения энергии световая волна теряет интенсивность в первоначальном направлении. Это и есть основной механизм рассеяния света в воздухе. Вернее говорить даже не о рассеянии, а о свечении молекул воздуха под действием света. Мы смотрим через атмосферу и фактически видим свет от солнца и свет, испускаемый молекулами нашей атмосферы. Почему же он не белый, а синий?

Дело в том, что интенсивность излучения диполя пропорциональна четвертой степени частоты излучения. Наиболее интенсивно излучаются диполями волны с максимальной частотой и энергией, соответствующие синему свету. Меньше взаимодействуют с молекулами воздуха волны красного света. Т.е. при прохождении через атмосферу происходит как бы фильтрация белого цвета по спектру. Молекулы воздуха излучают в основном синий цвет, т.е свет, который возбуждает синие и зеленые колбочки сетчатки гораздо сильнее, чем красные колбочки.

Первым сделал шаг к правильному объяснению цвета неба Джон Тиндал в 1865 г. Он открыл, что при прохождении лучей света через среду, в которой во взвешенном состоянии находятся маленькие частички примесей, синий цвет рассеивается интенсивнее, чем красный. В результате мы видим окрашивание прошедшего света в голубой оттенок. Это можно наблюдать если смотреть сбоку на луч света, проходящий через воду, слегка затуманенную молоком. Если смотреть не сбоку, а по направлению луча, то свет приобретает красноватый оттенок, т.к. синяя составляющая рассеялась.

Несколько лет спустя британский ученый лорд Релей изучил этот эффект более детально. Он показал, что интенсивность рассеяния света на частицах очень малых размеров обратно пропорциональна четвертой степени длины волны излучения. Из этого следовало, что синий свет рассеивается в 10 раз интенсивнее красного.

Тиндал и Релей думали, что синева неба объясняется наличием в атмосфере мелких частиц пыли и водяного пара. Позже ученые осознали, что если бы это было действительно так, то мы наблюдали бы значительно больше вариаций цвета неба при изменении влажности, туманности и загрязненности воздуха, чем наблюдаем сейчас. Проблема была решена Эйнштейном, который в 1911 г. вывел формулу, описывающую рассеяние света молекулами. Формула подтверждала все предыдущие эксперименты. Было доказано, что не пыль и пар, а именно молекулы воздуха рассеивают свет, так как (как говорилось выше) электромагнитное поле света инициирует электрические дипольные моменты в молекулах.

Почему же небо не фиолетовое, а голубое? Ведь фиолетовые волны короче синих. Первая причина в том, что спектр солнечного излучения не равномерный. Фиолетового цвета там меньше. Кроме того, фиолетовые лучи рассеиваются еще в самых верхних слоях атмосферы. Вторая причина - чувствительность наших колбочек к фиолетовому цвету ниже, чем к синему. Третья причина в том, что синий цвет раздражает не только синие колбочки в сетчатке, но и чуть-чуть красные и зеленые. Поэтому цвет у неба не бледный, а насыщенный голубой, особенно когда воздух прозрачный.

Рассеянием света на молекулах воздуха объясняется и цвет заката. Пройдя от Солнца по касательной к Земле длинный путь, луч теряет все синие оттенки. До глаза доходят только желтые и красные тона. Около моря закат может быть даже оранжевым, благодаря частичкам соли в воздухе, которые ответственны за рассеяние Тиндала.

Заметьте, что от состава атмосферы, т.е. наличия азота и кислорода, цвет неба практически не зависит. Если у планеты прозрачная атмосфера достаточной толщины и плотности, освещенная светилом, спектр которого белый, как у Солнца, то небо там будет синим.

Как же тогда объяснить, что снимки с космических аппаратов, совершивших посадку на Марс, говорят о том, что небо там розовое и красное? Это потому, что атмосфера Марса очень тонкая и загрязненная пылью. Рассеяние солнечного света происходит не на молекулах, а преимущественно на взвешенных примесях пыли. Многие частички пыли больше, чем длины волн света и состоят из оксида железа, который имеет красный цвет.

Теперь Вы знаете, что ответить на вопрос «почему небо голубое» не очень просто. Мы-то понимаем, а что сказать детям? Наверное, что наша прекрасная атмосфера состоит из воздуха, который светится синим светом когда Солнышко его греет. Потому что синий цвет - самый сильный из всех цветов радуги.

Почему небо голубое?

«Папа, а почему небо голубое, а не, скажем, зеленое или фиолетовое?»
Дети, когда начинают изучать окружающий мир, очень активно задают вопросы. Сотни вопросов в день по поводу всего, что попадает в центр внимания. Только и слышно «почему — почему». И папа (или мама) ну никак не может «упасть лицом в грязь» и потерять авторитет, сказав «я не знаю». Как такое может вообще быть, ведь он живет уже очень давно и такие элементарные вещи знает наверняка со своего детства?
И папа конечно же знает почему это небо вдруг голубое 😉 , а если вдруг что-то и забыл, то внимательно читает написанное ниже.

Какого цвета солнечный свет?

Чтобы разобраться с цветом неба, и понять почему оно такое, нужно, для начала, выяснить какой цвет имеет солнечный свет. Этот вопрос кажется элементарным.
«Желтый» — скажет вам малыш, но тут ему придется удивиться в первый раз.
«А вот и не желтый!»
O_O – примерно такие глаза будут у малыша (с папой явно что-то не так).
«Да вон же, подними голову, папа! Оно же желтое! Почему это нет? Очень даже да!»
«А вот и нет!» Дальше папа делает авторитетное лицо и говорит:
«На самом деле цвет солнца и его лучей – белый, а то, что мы видим его желтым, это потому, что таким он становиться после прохождения через воздух».

Из чего состоит белый цвет?

«Какие цвета ты знаешь?» — спрашивает папа ребенка.
«Зеленый, желтый, красный, белый…» — начинает перечислять малыш.
«Умница! Все те цвета, которые ты перечислил, кроме белого – это простые цвета. А вот белый — он особенный! В природе не бывает просто белого цвета, но он появляется, если собрать вместе все простые цвета.
Это как в игре, когда нужно собрать части какого-то предмета. Вот ты берешь одну часть, вторую, третью и т.д., а когда соберешь все – ТАДАМ! Получаешь целый предмет! Так и белый – он состоит из всех цветов, и если хоть какой-то оттенок из него забрать, он уже не будет белым. Понятно?»
«Ага» — кивает малыш.

Так что же там с цветом неба? Почему оно голубое?

«Все это очень интересно, но, по-моему, ты уходишь от темы. Как там насчет цвета неба? Почему оно такое?»
«Я как раз к этому подхожу. Я рассказал тебе элементарные вещи, чтобы на пальцах можно было бы объяснить более сложные.
По поводу неба, должен сказать вот что. Абсолютно точного ответа ученые еще не нашли, но есть две простые теории, которые объясняют почему оттенок неба именно голубой. Я расскажу тебе обе.

Первая теория :

В воздухе, который окружает землю, летает большое количество частичек – это разные газы, частички пыли, частички воды и т.д. Когда белый луч от солнца (а он, как ты помнишь, не сам по себе, а все цвета вместе) попадает в воздух, то сталкиваясь с частичками воздуха и частичками, которые летают в воздухе, начинает рассыпаться на цвета, из которых состоял.
Оказалось, что не все из них одинаково шустрые, одни – очень неповоротливые, они так и рассеиваются в воздухе, столкнувшись с какими-нибудь частичками, а другие, очень быстрые, уворачиваются от столкновений и долетают до Земли.
Голубые лучики неповоротливые, они чаще других попадают на препятствия и рассеиваются (разлетаются) на все стороны, подсвечивая воздух голубым светом.

Вторая теория немного сложнее:

Ученые предполагают, что частички воздуха, который окружает Землю, поглощают солнечные лучи. Они, как бы, заряжаются от этих лучей, а затем начинают на все стороны излучать свой собственный свет.

Ну вот, например, как дверка на печке. Помнишь, я тебе показывал, как дверца сначала была черной, а потом грелась-грелась и начала светиться красным? Помнишь?»
«Ага, помню. А почему ты вспомнил о печке?» .
«Да потому что так и здесь. Частички воздуха получают энергию от солнечных лучей, а затем начинают светиться. Разные газы светятся по-разному. То, что мы видим небо голубым, согласно этой теории, именно благодаря газам из которых состоит наш воздух (кислород и азот), они излучают голубой цвет. А вот если бы вместо них был бы, например, неон (есть такой газ), то и светилось бы небо красно-оранжевым цветом, но мы бы не смогли наслаждаться этим зрелищем, т.к. не смогли бы дышать.
Поэтому я думаю, что пусть оно и дальше остается голубым, голубой ведь тоже ничего, да?»
«Согласен» — кивнул малыш, а уже через минуту, увидев собаку, задал следующий жизненно важный вопрос: «Папа, а

Белый солнечный свет состоит из семи цветов радуги и идет к нам волнами. Воздух рассеивает эти волны. Хуже всего он рассеивает длинные, а лучше всего — короткие волны. Голубая световая волна — короткая, поэтому мы видим небо голубым.

Развернутый ответ с точки зрения физики

Солнечные лучи идут к нашей планете сквозь толстый слой атмосферы, которая сама по себе прозрачна, но вовсе не пуста: она состоит из 78% азота и 21% кислорода, к тому же включает в себя пар, капельки воды, мельчайшие кристаллики льда и твердые частицы земной пыли и морской соли, сажи и пепла. Пробиваясь сквозь неоднородные слои атмосферы, лучи Солнца рассеиваются — происходит дифракция, то есть расщепление света на составляющие.

Белый свет состоит из семи цветов спектра — красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового — и распространяется волнами. Каждый из цветов имеет свою длину волны.

Голубой, синий, фиолетовый цвета — из коротковолновой части спектра, поэтому очень сильно рассеиваются в атмосфере. Нашему глазу смесь этих цветов видится как голубая. На восходе и закате лучи солнца становятся длиннее и идут к земле под более острым углом — и мы наблюдаем, как голубизна на время совершенно рассеивается: ее сменяют красные и желтые тона из длинноволновой части спектра.

Переливы голубого цвета, которые иногда можно наблюдать в небе, объясняются неоднородностью состава атмосферы — проходя сквозь нее, даже голубые световые волны рассеиваются не одинаково.

Физический закон рассеяния света называется законом Рэлея в честь открывшего его английского физика и гласит, что интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны. Формула выглядит так: I ~ 1/λ4

Для дизайнера и программиста: цвет голубого неба

Интересно то, что для каждого дизайнера и программиста цвет голубого неба будет обозначаться по-разному — в зависимости от личного восприятия, потому что голубой — собирательное название целой группы светлых оттенков синего — а иногда даже с малозаметным смещением в сторону зеленого. У каждого из этих оттенков свои цветовые координаты.

Самый близкий к спектральному голубому — это оттенок 130 в цветовой системе Windows, обозначаемый 00BFFF.

Интересно, что в системе CMYK голубым могут называть один из основных системных цветов — циан, хотя в нем присутствует оттенок зеленого. По-русски цвету циан лучше всего соответствует определение «цвет морской волны». Но ведь и море часто зовут голубым.

Песня «Под небом голубым есть город золотой»

Известнейшая песня, которую исполняли Борис Гребенщиков и его группа «Аквариум » под названием «Город », не принадлежит ни БГ, ни группе. Да и называлась в оригинале «Рай ». Автор текста — поэт-эмигрант Анри Волохонский — сочинил эти стихи в 1972 году, услышав на пластинке струнную мелодию в исполнении В.Вавилова. На конверте диска мелодию беззастенчиво приписали Франческо да Милано, у которого такого произведения нет. Следы автора оригинальной мелодии теперь утеряны, а разные исполнители по-разному интерпретировали ее.

Да и текст Волохонского мы слышим в версии Гребенщикова. Как всем известно, БГ поет: «Под небом голубым…» В оригинале — «Над ». Поэта вдохновляла книга пророка Иезекииля, а город над небом — конечно, небесный Иерусалим, «Земного я тогда еще не видел», — говорил Волохонский.

Аквариум — «Под небом голубым»

В ясный солнечный день небо над нами выглядит ярко-синим. Вечером закат окрашивает небосвод в красные, розовые и оранжевые цвета. Почему небо имеет голубой цвет? Что делает закат красным?

Для ответа на эти вопросы нужно знать, что такое свет и из чего состоит атмосфера Земли.

Атмосфера

Атмосфера - это смесь газов и других частиц, окружающих землю. В основном атмосфера состоит из газообразных азота (78%) и кислорода (21%). Газ аргон и вода (в виде пара, капель и ледяных кристаллов) следующие по распространённости в атмосфере, их концентрация не превышает соответственно 0,93 % и 0,001%. В атмосфере Земли в небольших количествах содержатся и другие газы, а так же мельчайшие частицы пыли, сажи, пепла, пыльцы и соли, попадающей в атмосферу из океанов.

Состав атмосферы изменяется в небольших пределах в зависимости от места, от погоды и т.д. Концентрация воды в атмосфере увеличивается во время ливневых штормов, а так же вблизи океана. Вулканы способны выбросить огромное количество пепла высоко в атмосферу. Техногенные загрязнения могут так же добавить к обычному составу атмосферы различные газы или пыль и сажу.

Плотность атмосферы на низкой высоте у поверхности Земли является наибольшей, с увеличением высоты она плавно уменьшается. Между атмосферой и космосом отсутствует какая-либо ярко выраженная граница.

Световые волны

Свет является разновидностью энергии, перенос которой осуществляется с помощью волн. Кроме света, с помощью волн осуществляется перенос других видов энергий, например, звуковая волна является колебаниями воздуха. Световая волна является колебаниями электрических и магнитных полей, этот диапазон называется электромагнитным спектром.

Электромагнитные волны распространяются через безвоздушное пространство со скоростью 299,792 км/с. Скорость распространения этих волн называется скоростью света.

Энергия излучения зависит от длины волны и её частоты. Длина волны - это расстояние между двумя ближайшими вершинами (или впадинами) волны. Частота волны - это число колебаний волны за секунду. Чем длиннее волна, тем ниже её частота, и тем меньше энергии она несёт.

Цвета видимого света

Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который может быть виден нашими глазами. Свет, испускаемый Солнцем или лампой накаливания может иметь белый цвет, но на самом деле он является смесью различных цветов. Можно увидеть различные цвета видимого спектра света, разложив его на составляющие с помощью призмы. Этот спектр так же можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей из-за преломления света Солнца в капельках воды, действующих как одна гигантская призма.

Цвета спектра смешиваются, непрерывно переходят один в другой. На одном конце спектр имеет красный или оранжевый цвета. Эти цвета плавно переходят в жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый цвета. Цвета имеют различные длины волн, разные частоты и различаются по энергиям.

Распространение света в воздухе

Свет распространяется через пространство по прямой до тех пор, пока на его пути нет препятствий. При входе световой волны в атмосферу свет продолжает распространяться прямолинейно до тех пор, пока на его пути не окажется пыль или молекулы газа. В этом случае то, что произойдёт со светом будет зависеть от его длины волны и размера частиц, оказавшихся на его пути.

Частицы пыли и капли воды имеют размеры гораздо больше, чем длина волны видимого света. Свет отражается в различных направлениях при столкновениях с этими крупными частицами. Различные цвета видимого света одинаково отражаются этими частицами. Отражённый свет кажется белым, так как он всё ещё содержит те же самые цвета, которые были в нём до отражения.

Молекулы газов имеют меньшие размеры, чем длина волны видимого света. Если световая волна сталкивается с ними, то результат столкновения может быть различным. Когда свет сталкивается с молекулой какого-либо газа, то часть его поглощается. Чуть позже молекула начинает излучать свет в различных направлениях. Цвет излучающегося света является тем же самым цветом, который был поглощён. Но цвета различных длин волн поглощаются по-разному. Любые цвета могут поглощаться, но более высокие частоты (голубой цвет) поглощаются гораздо сильнее, чем низкие частоты (красный цвет). Этот процесс называется рассеянием Рэлея, оно названо так в честь британского физика Джона Рэлея, открывшего это явление рассеяния в 1870-х годах.

Почему небо синее?

Небо имеет голубой цвет из-за рассеяния Рэлея. По мере продвижения света через атмосферу большая часть длинных волн оптического спектра проходит без изменений. Только незначительная часть красного, оранжевого и жёлтого цветов взаимодействует с воздухом.

Однако многие более короткие волны света поглощаются молекулами газов. После поглощения голубой цвет излучается во всех направлениях. Он рассеивается повсюду на небе. В каком бы направлении не посмотреть, часть из этого рассеянного синего света достигает наблюдателя. Так как синий свет виден повсюду над головой, то и небо выглядит голубым.

Если посмотреть в сторону горизонта, то небо будет иметь более бледный оттенок. Это является результатом того, что свет проходит большее расстояние в атмосфере до наблюдателя. Рассеянный свет снова рассеивается атмосферой, и меньше голубого цвета достигает глаз наблюдателя. Поэтому цвет неба у горизонта кажется бледнее или даже кажется совсем белым.

Чёрное небо и белое солнце

С Земли Солнце кажется жёлтым. Если бы мы находились в космосе или на Луне, то Солнце казалось бы нам белым. В космосе нет атмосферы, которая рассеивает солнечный свет. На Земле часть коротких волн солнечного света (голубой и фиолетовый цвета) поглощаются рассеянием. Оставшаяся часть спектра выглядят жёлтым цветом.

Кроме того, в космосе небо выглядит тёмным или чёрным вместо голубого. Это результат отсутствия атмосферы, следовательно свет никак не рассеивается.

Почему закат красный?

Когда Солнце клонится к закату, то солнечному свету приходится проходить большее расстояние в атмосфере, что бы достичь наблюдателя, соответственно больше солнечного света отражается и рассеивается атмосферой. Так как меньше прямого света достигает наблюдателя, то Солнце кажется менее ярким. Цвет Солнца так же кажется другим, он имеет диапазон цветов от оранжевого до красного. Это происходит из-за того, что рассеивается ещё больше коротковолновых цветов, голубого и зелёного. Остаются только длинноволновые составляющие оптического спектра, которые и достигают глаз наблюдателя.

Небо вокруг заходящего солнца может быть окрашено в разные цвета. Наиболее красивым небо бывает тогда, когда воздух содержит множество маленьких частиц пыли или воды. Эти частицы отражают свет во всех направлениях. В этом случае происходит рассеяние более коротких световых волн. Наблюдатель видит световые лучи более длинных волн, и поэтому небо кажется красным, розовым или оранжевым.

Более подробно об атмосфере

Что такое атмосфера?

Атмосфера - это смесь газов и других веществ, которые окружают Землю, в виде тонкой, в основном прозрачной оболочки. Атмосфера удерживается на месте благодаря притяжению Земли. Основными компонентами атмосферы являются азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и диоксид углерода (0.03%). Так же в атмосфере содержатся в небольших количествах вода (в разных местах её концентрация колеблется от 0% до 4%), твёрдые частицы, газы неон, гелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Наука, которая изучает атмосферу, называется метеорологией.

Жизнь на Земле была бы невозможна без наличия атмосферы, которая поставляет кислород, необходимый нам для дыхания. Кроме того, атмосфера выполняет и другую важную функцию - она выравнивает температуру по всей планете. Если бы атмосферы не было, то в одних местах планеты могла бы быть испепеляющая жара, а в других местах сильнейший холод, диапазон температур мог бы колебаться от -170°C ночью до +120°C днём. Так же атмосфера защищает нас от вредного излучения Солнца и космоса, поглощая и рассеивая его.

От всего количества энергии Солнца, достигающей Земли, примерно 30% отражается облаками и земной поверхностью обратно в космос. Атмосфера поглощает примерно 19% излучения Солнца, и только 51% поглощается поверхностью Земли.

Воздух имеет вес, хотя мы и не сознаём этого, и не ощущаем давления воздушного столба. На уровне моря это давление имеет величину одну атмосферу, или 760 мм ртутного столба (1013 миллибар или 101,3 кПа). С увеличением высоты атмосферное давление быстро снижается. Давление падает в 10 раз при увеличении высоты на каждые 16 км. Это означает, что при давлении 1 атмосфера на уровне моря, на высоте 16 км давление будет равно 0,1 атм, а на высоте 32 км - 0,01 атм.

Плотность атмосферы в самых низших её слоях составляет 1,2 кг/м 3 . В каждом кубическом сантиметре воздуха содержится примерно 2,7*10 19 молекул. На уровне земли каждая молекула движется со скоростью около 1600 км/час, при этом частота столкновения с другими молекулами составляет 5 миллиардов раз в секунду.

Плотность воздуха также быстро падает с ростом высоты. На высоте 3 км плотность воздуха уменьшается на 30%. Люди, живущие вблизи уровня моря при поднятии на такую высоту испытывают временные проблемы с дыханием. Наибольшая высота, на которой постоянно проживают люди, составляет 4 км.

Строение атмосферы

Атмосфера состоит из разных слоёв, разделение на эти слои происходит по их температуре, молекулярному составу и электрическим свойствам. Эти слои не имеют ярко выраженных границ, они сезонно изменяются, и кроме того их параметры меняются на разных широтах.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их молекулярного состава

Гомосфера

Нижние 100 км, включая Тропосферу, Стратосферу и Мезопаузу.
Составляет 99% массы атмосферы.
Молекулы не разделяются по молекулярному весу.
Состав достаточно однороден, за исключением некоторых небольших локальных аномалий. Однородность поддерживается постоянным смешиванием, турбуленцией и турбулентной диффузией.
Вода является одним из двух компонентов, распределённых неравномерно. Когда водяной пар поднимается вверх, он охлаждается и конденсируется, возвращаясь затем на землю в виде осадков - снега и дождя. Стратосфера сама по себе очень сухая.
Озон является другой молекулой, распределение которой неравномерно. (Об озоновом слое в стратосфере читайте ниже.)

Гетеросфера

Простирается выше гомосфераы, включает в себя Термосферу и Экзосферу.
Разделение молекул этого слоя основано на их молекулярных массах. Более тяжёлые молекулы, такие как азот и кислород, концентрируются в нижней части слоя. Более лёгкие, гелий и водород, преобладают в верхней части гетеросферы.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их электрических свойств.

Нейтральная атмосфера

Ниже 100 км.

Ионосфера

Примерно выше 100 км.
Содержит электрически заряженные частицы (ионы), возникающие при поглощении ультрафиолетового света
Степень ионизации изменяется с высотой.
Различные слои отражают длинные и короткие радиоволны. Это позволяет радиосигналам, распространяющимся по прямой, огибать сферическую поверхность земли.
В этих атмосферных слоях происходят полярные сияния.
Магнитосфера является верхней частью ионосферы, простирающейся примерно до высоты 70000 км, эта высота зависит от интенсивности солнечного ветра. Магнитосфера защищает нас от заряженных частиц высоких энергий солнечного ветра, удерживая их в магнитном поле Земли.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их температур

Высота верхней границы тропосферы зависит от сезонов и широты. Она простирается от земной поверхности до высоты примерно 16 км у экватора, и до высоты 9 км на Северном и Южном полюсах.

Префикс "тропо" означает изменения. Изменение параметров тропосферы происходит из-за погодных условий - например, из-за перемещения атмосферных фронтов.
С увеличением высоты температура падает. Тёплый воздух поднимается вверх, затем охлаждается и спускается обратно на Землю. Этот процесс называется конвекцией, он возникает в следствии движения воздушных масс. Ветры в этом слое дуют преимущественно вертикально.
Этот слой содержит больше молекул, чем все другие слои, вместе взятые.

Стратосфера - простирается примерно от высоты 11 км до 50 км.

Имеет очень тонкий слой воздуха.
Префикс "страто" относится к слоям или разделению на слои.
Нижняя часть Стратосферы довольно спокойная. Реактивные самолёты часто летают в нижней части Стратосферы для того, что бы обойти плохую погоду в Тропосфере.
В верхней части Стратосферы дуют сильные ветры, известные как высотные струйные течения. Они дуют горизонтально со скоростями до 480 км/час.
Стратосфера содержит "озоновый слой", расположенный на высоте примерно 12 до 50 км (в зависимости от широты). Хотя концентрация озона в этом слое всего 8 мл/м 3 , он очень эффективно поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца, тем самым защищая жизнь на земле. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода. Молекулы кислорода, которыми мы дышим, содержат два атома кислорода.
Стратосфера очень холодная, её температура составляет примерно -55°C в нижней части и возрастает с высотой. Увеличение температуры связано с поглощением ультрафиолетовых лучей кислородом и озоном.

Мезосфера - простирается до высот примерно 100 км.

С увеличением высоты температура быстро растёт.

Термосфера - простирается до высот примерно 400 км.

С увеличением высоты температура быстро возрастает из-за поглощения очень коротковолнового ультрафиолетового излучения.
Метеоры, или "падающие звёзды", начинают сгорать на высотах примерно 110-130 км над поверхностью Земли.

Экзосфера - простирается на сотни километров за Термосферу, постепенно переходя в космическое пространство.

Плотность воздуха здесь так низка, что применение понятия температуры теряет всякий смысл.
При столкновении друг с другом молекулы часто улетают в космос.

Почему цвет неба голубой?

Видимый свет является разновидностью энергии, способной перемещаться через пространство. Свет от Солнца или лампы накаливания кажется белым, хотя в действительности он является смесью всех цветов. Основные цвета, из которых сложен белый цвет это красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета непрерывно переходят один в другой, поэтому кроме основных цветов имеется ещё огромное количество всевозможных оттенков. Все эти цвета и оттенки можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей в области повышенной влажности.

Воздух, заполняющий всё небо, является смесью мельчайших молекул газа и небольших твёрдых частиц, таких как пыль.

По мере того, как солнечный свет проходит сквозь воздух, он натыкается на молекулы и пыль. Когда свет сталкивается с молекулами газа, то может произойти отражение света в различных направлениях. Некоторые цвета, например, красный и оранжевый, напрямую достигают наблюдателя, непосредственно проходя через воздух. Но большая часть синего света переотражается от молекул воздуха во всех направлениях. Таким образом происходит рассеивание синего света по всему небу и оно кажется голубым.

Когда мы смотрим вверх, то некоторая часть этого голубого свет достигает наших глаза ото всех концов неба. Так как повсюду над головой нам виден синий цвет, то небо выглядит голубым.

В космическом пространстве отсутствует воздух. Так как там нет препятствий, от которых свет мог бы отражаться, то свет распространяется напрямую. Лучи света не рассеиваются, и "небо" выглядит тёмным и чёрным.

Эксперименты со светом

Первый эксперимент - разложение света в спектр

Для проведения этого эксперимента понадобится:

небольшое зеркало, кусок белой бумаги или картона, вода;
большой мелкий сосуд типы кюветы или миски, или пластиковая коробка из-под мороженого;
солнечная погода и окно, выходящее на солнечную сторону.

Как проводить эксперимент:

Наполните кювету или миску на 2/3 водой, и поставьте на пол или на стол так, что бы прямой солнечный свет достигал воды. Наличие прямого солнечного света является обязательным для правильного проведения эксперимента.
Установите зеркало под водой так, что бы на него попадали солнечные лучи. Держите над зеркалом кусок бумаги так, что бы отражённые зеркалом лучи солнца попадали на бумагу, если необходимо, отрегулируйте их взаимное положение. Наблюдайте цветной спектр на бумаге.

Что происходит: вода и зеркало действуют как призма, разлагая свет на цветовые составляющие спектра. Это происходит потому, что лучи света, проходя из одной среды (воздуха) в другую (воду) изменяют свою скорость и направление. Это явление называется рефракцией. Различные цвета преломляются по-разному, фиолетовые лучи сильнее тормозятся и сильнее изменяют своё направление. Красные лучи замедляются и меняют своё направление в меньшей степени. Свет разделяется на составляющие цвета, и мы можем видеть спектр.

Второй эксперимент - моделирование неба в стеклянной банке

Материалы, необходимые для проведения эксперимента:

прозрачный высокий стакан или прозрачная пластиковая либо стеклянная банка;
вода, молоко, чайная ложка, фонарик;
тёмная комната;

Проведение эксперимента:

Наполнить стакан или банку на 2/3 водой, примерно 300-400 мл.
В воду добавить от 0,5 до одной ложки молока, смесь взболтать.
Взяв стакан и фонарик, перейти в тёмную комнату.
Держите фонарик над стаканом с водой и направьте луч света на поверхность воды, посмотрите на стакан со стороны. При этом вода будет иметь синеватый оттенок. Теперь направьте фонарик на стакан сбоку, и посмотрите на луч света с другой стороны стакана, так что бы свет прошёл через воду. При этом у воды появится красноватый оттенок. Поместите фонарик под стакан и направьте луч света вверх, при этом смотря на воду сверху. При этом красноватый оттенок у воды будет выглядеть более насыщенным.

Что в этом эксперименте происходит: мелкие частицы молока, взвешенные в воде, рассеивают свет, идущий от фонарика точно так же, как частицы и молекулы в воздухе рассеивают солнечный свет. Когда стакан освещается сверху, то вода кажется голубоватой из-за того, что голубой цвет рассеивается во все стороны. Когда вы смотрите через воду непосредственно на свет, то свет фонаря кажется красным, так как часть синих лучей была удалена из-за рассеяния света.

Третий эксперимент - смешивание цветов

Вам понадобится:

карандаш, ножницы, белый картон или кусок ватмана;
цветные карандаши или фломастеры, линейка;
кружка или большая чашка с диаметром в верхней части 7...10 см или штангенциркуль.
бумажный стакан.