Почему небо голубого цвета если главный источник. Почему небо имеет голубой цвет? Эксперименты со светом

Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший - синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух - бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом - синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

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»

Глядя на небо в погожий день, мы с самого детства привыкаем его голубому цвету днём и алому на закате и восходе. Голубой цвет неба настолько привычен для нашего глаза, что зачастую даже не возникает вопросов, почему цвет неба именно голубой, а не, например, зелёный или жёлтый. И вправду, почему небо голубого цвета, если главный источник света для Земли – Солнце, которое светит жёлтым светом? (Только не бросайтесь проверять, какого цвета Солнце, без защиты для глаз).

Какого цвета Солнце на самом деле?

Оказывается, что свет, идущий от Солнца, имеет разные цвета. На самом деле, Солнце светит и голубым, и зелёным, и жёлтым, и красным светом. Это было открыто ещё в 17 веке Ньютоном. Мы видим Солнце жёлтым, потому что оно сильнее всего испускает именно жёлтый цвет, а остальные цвета мы можем увидеть только с помощью специальной аппаратуры. Жёлтый свет настолько интенсивный, что человек не может различить другие цвета на его фоне. Это всё равно, что пытаться заметить маленький зелёный или голубой фонарик на фоне огромного жёлтого прожектора.

Как свет попадает на поверхность Земли?

Представьте себе лучи всех цветов радуги, идущие от Солнца к Земле. В космическом вакууме, между Солнцем и Землёй, солнечные лучи летят в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью. Но всё меняется, когда свет Солнца достигает земной атмосферы. Солнечные лучи сталкиваются с молекулами воздуха (состоящего, в основном, из кислорода и азота) и меняют своё направление – рассеиваются. Давайте понаблюдаем за процессом рассеяния света. Вот небольшой «кусочек» солнечного света – фотон, влетает в Земную атмосферу; и сразу же на его пути оказывается какая-нибудь молекула воздуха. Фотон «задевает» эту молекулу, и немного отклоняется от первоначального пути. Пролетев ещё чуть-чуть, фотон опять столкнётся с молекулой воздуха и опять сменит направление. Пока такой «забияка-путешественник» достигнет нашего глаза, он успеет столкнуться с миллиардами молекул и примерно столько же раз изменить направление движения. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, так сильно меняет своё направление, что фотоны начинают двигаться во все стороны, даже в сторону Солнца. Именно поэтому днём небо светлое даже с противоположной Солнцу стороны.

Почему небо голубое?

Оказывается, что цвет света очень сильно влияет на способность отдельных «кусочков света» менять своё направление после столкновения с молекулами воздуха. Чем свет голубее, тем охотнее он меняет направление своего движения при рассеянии в атмосфере. Это значит, что голубой свет рассеивается лучше всех, а бирюзовый уже чуть хуже. Зелёный и жёлтый свет меняют своё направление хуже бирюзового. Ну а менее всего при прохождении атмосферы своё направление меняет красный свет. Он рассеивается примерно в 10 раз хуже, чем голубой. Поэтому получается, что голубой свет, идущий от Солнца, рассеивается по всему небу, и нам кажется, что небо становится голубого цвета. Если бы природа была устроена другим образом, и, например, лучше всего рассеивался бы зелёный свет, то наше небо было бы зелёного цвета.

Почему небо становится красным на закате и на восходе?

Когда Солнце садится или восходит, то солнечному свету приходится пройти более толстый слой воздуха, прежде чем попасть в наш глаз. Это значит, что фотоны, падающие на Землю на закате или восходе, испытают гораздо больше столкновений с молекулами воздуха, чем те, что попадают на Землю в течение дня. Возросшее количество столкновений приводит к тому, что даже красный свет начинает рассеиваться, поэтому небо рядом с солнцем на закате или восходе становится алым.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

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.

Вы когда-нибудь задумывались почему небо голубое? Ведь атмосфера состоит из прозрачного воздуха, а солнечный свет имеет белый цвет. Как же так получается, что днем при свете Солнца небо становится голубым и непрозрачным. Вплоть до 1899 года этот парадокс был неразрешим, но сейчас наука знает ответ.

Почему небо голубого цвета?

Ответ кроется в природе света. Белый свет состоит из семи цветов спектра: красного, оранжевого, желтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового, каждому из которых соответствует определенная длина волны. Волны красного света имеют наибольшую длину, оранжевые - чуть меньшую... фиолетовые - самые короткие.

1. Солнце
2. Лучи света
3. Цвета спектра, которые составляют видимую часть излучения (света) нашего Солнца.
4. Земля

При прохождении через плотную земную атмосферу свет начинает рассеиваться, преломляясь на мельчайших частичках газа, водяного пара и пыли. Как вы уже наверное догадались, не все составляющие спектра рассеиваются одинаково. Так длинные красные волны практически не рассеваются в стороны, следуя за лучом до самой земли. Синий коротковолновой свет наоборот очень хорошо рассеивается в стороны, окрашивая весь небосвод в сине-голубые тона.

1. Световые волны
2. Атмосфера Земли
3. Преломление и рассеивание синей части спектра

Чем короче волна света, тем сильнее она рассеивается в атмосфере, и наоборот. Номером «3» на рисунке отмечен процесс преломления света на молекулах газа, частичках пыли и каплях воды, наполняющих атмосферу.

Короткий ответ : Синяя часть цветового спектра Солнца, вследствии короткой длины волны, лучше рассеивается в земной атмосфере в сравнении с 6 другими цветами спектра.

Почему небо НЕ фиолетовое?

Фиолетовая часть спектра действительно имеет более короткую длину волны, чем синяя, в связи с чем лучше рассеивается в атмосфере. Тем не менее, наше небо не фиолетовое. Почему? Во-первых, Солнце имеет неравномерный спектр - фиолетового излучения значительно меньше синего. Во-вторых, глаза человека менее чувствительны к фиолетовому цвету.

Почему закат красный?

Во время рассвета и заката солнечный свет идет по касательной к поверхности земли - расстояние проходимое лучом через атмосферу значительно увеличивается. Весь коротковолной свет рассеивается в стороны за долго до того, как достигнет наблюдателя. Доходят до земли только длинные оранжевые и красные волны, которые незначительно рассеиваются вдоль прямых лучей и окрашивают локальную часть небосвода.