Почему небо голубое, а закат красный? Почему небо голубое: как объяснить ребёнку и взрослому? Как объяснить голубой цвет неба.
Свет любит подшучивать над нами, но, в результате, — разноцветное н ебо, ради которого стоит отправиться в путешествие.
Ответ на вопрос: «Почему небо голубое?» практически тоже, что и «Почему цвета существуют?» Цвет светлый, поскольку мы в состоянии принимать его. Небо состоит из множества цветов (доминирующий — синий), потому что пропитано светом.
Видимый свет — тип электромагнитной радиации — узкая часть широкого спектра энергии, которая включает радиоволны, микроволновые печи, ультрафиолетовый свет, рентген и гамма радиацию. Белый свет, который излучает солнце, является комбинацией всех различных длин электромагнитных волн, доступных для наших глаз.
Цвет проявляется, когда наши глаза сфокусированы только на некоторых волнах. Красный свет, например, является самой медленной волной, видимой нам: энергия перемещается в длинную и холмистую рябь. Синий, с другой стороны, представляется самым быстрым: энергия у которого дрожит в изменчивом и быстром ритме.
Небо меняет свой цвет на белый из-за солнца, которое поражает атмосферу Земли. Световые волны - наряду с остальной частью электромагнитного спектра — будут путешествовать по прямой линии, пока не наткнутся на что-нибудь.
Небо зачастую неподвластно нашему взору из-за присутствия сложных соединений газа и частиц. Белый свет проделывает огромный путь, чтобы пробраться от солнца к нашим глазам.
Самые пробиваемые — синие волны. За счёт маленьких размеров, эта волна имеет высокую вероятность быть поражённой в качестве препятствия и рассеяться по всем направлениям. В конечном итоге, небо с любой точки земного шара будет выглядеть голубым.
Когда целый спектр видимого цвета проникает сквозь небо, то едва различимы не только красные и синие волны, но и оранжевые, желтые, зелёные, фиолетовые..
Вглядываясь в небо в полдень, Вы заметите синее яйцо прекрасной малиновки, исполосованный сахарной ватой закат или драматический красный рассвет — это всё уловки света.
Так получается, что эти уловки облагораживают некоторые достопримечательности или помогают создать великолепные фотографии в путешествии.
Большую часть времени небо над поверхностью земли предстает в голубом окрасе. Но задумайтесь над этим: действительно ли небо такого цвета? Что на счёт дождливых дней или «красного неба ночью», что на радость морякам?
Небо синее из-за солнечного света, который взаимодействует с нашей атмосферой. Если Вы когда-нибудь играли с призмой или видели радугу, то наверняка знаете, что свет состоит из разнообразных цветов. Достаточно вспомнить известную фразу про охотника, желающего знать местоположение фазана. Таким образом, небо состоит из красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового цветов.
Эти цвета составляют мизерную часть электромагнитного спектра, который включает в себя ультрафиолетовые волны, микроволны и радиоволны. Соответственно, белый свет, который исходит от солнца, это комбинация различных длин электромагнитных волн, которые мы можем увидеть воочию.
Свет движет волнами абсолютно различных длин: короткими, создающие синий свет, и длинными, производящие красный свет. Благодаря тому, что солнечный свет достигает нашей атмосферы, молекулы в воздухе рассеивают синий цвет, позволяя пройти красному. Учёные называют это Рэлеевское рассеяние.
Когда солнце высоко в небе, оно проявляет свой истинный цвет: белый. На восходе солнца и закате, мы видим солнце в красных оттенках. Вызвано это тем, что солнечный свет проходит через толстый слой нашей атмосферы. Происходит рассеивание синего и зелёного света, что позволяет красному свету пройти и осветить облака великолепным алым, оранжевым и розовым.
Рэлеевское рассеяние может затронуть и Луну. Когда Луна проходит через отбрасываемую Землёю тень во время полного лунного затмения, синий и зелёный свет рассеяны в атмосфере Земли, уступая место красному свету. Наша атмосфера подобная лупе, которая отражает красный солнечный свет на Луну. Такое отображение может придать ей жуткий тёмно-красный оттенок.
Именно поэтому, многие культуры, включая австралийские коренные группы, связывают лунные затмения с кровью.
И наконец, где же начинается небо?
Это хитрый вопрос. Птица, летящая 50 метров над уровнем земли, находится в небе. Однако там же находятся и самолёты, но на высоте свыше 10.000 метров.
Небо — лишь часть нашей атмосферы. Огромное количество атмосферы простирается ввысь на 16 км, а это то место, где и происходит Рэлеевское рассеяние.
Расслабься и не дай змейке разюиться 😉
Для управления используй стрелки на клавиатуре ⌨
Когда ветер накидывает на красивое голубое небо белую пушистую прозрачную накидку, люди начинают всё чаще посматривать наверх. Если оно при этом ещё и надевает на себя большую серую шубу с серебряными нитями дождя, то окружающие прячутся от него под зонтами. Если наряд тёмно-фиолетового цвета, то все сидят дома и желают увидеть солнечное голубое небо.
И только когда появляется такое долгожданное солнечное голубое небо, которое одевает на себя ослепительно голубое платье, украшенное золотистыми солнечными лучами, люди радуются – и улыбаясь, покидают дома в ожидании хорошей погоды.
Вопрос о том, почему небо голубое, волновал людские умы ещё с незапамятных времён. Греческие легенды нашли свой ответ. Они утверждали, что этот оттенок ему придаёт чистейший горный хрусталь.
Во времена Леонардо да Винчи и Гете также искали ответ на вопрос, почему небо голубое. Они считали, что голубой цвет неба получается при смешивании света с темнотой. Но позже эта теория была опровергнута как несостоятельная, поскольку оказалось, что комбинируя эти цвета, можно получить лишь тона серого спектра, но никак не цветного.
Через некоторое время ответ на вопрос, почему небо голубое, попытались объяснить в 18 веке Мариотт, Бугер и Эйлер. Они считали, что это естественный цвет частиц, из которых состоит воздух. Теория эта была популярна даже в начале следующего века, особенно когда было установлено, что жидкий кислород – голубого, а жидкий озон – синего тонов.
Первым более-менее толковую идею подал Соссюр, который предположил, чтобы если бы воздух был полностью чистым, без примесей, небо оказалось бы чёрным. Но поскольку атмосфера содержит в себе различные элементы (например, пар или водяные капли), то они, отражая цвет, придают небу нужный оттенок.
После этого учёные начали всё ближе и ближе подбираться к истине. Араго открыл поляризацию, одну из характеристик рассеянного света, который отбивается от небосвода. В этом открытии ученому однозначно помогла физика. Позже искать ответ принялись и другие исследователи. При этом вопрос, почему небо голубое настолько интересовал ученых, что для его выяснения было проведено огромное количество различных экспериментов, которые привели к мысли, что главная причина появления голубого цвета в том, что лучи нашего Солнца попросту рассеиваются в атмосфере.
Объяснение
Первым, кто создал математически обоснованный ответ молекулярного рассеяния света, оказался британский исследователь Рэлей. Он выдвинул предположение, что свет рассеивается не из-за примесей, которыми обладает атмосфера, а из-за самих молекул воздуха. Его теория получила развитие – и вот к каким выводам пришли учёные.
Солнечные лучи пробиваются на Землю через её атмосферу (толстый слой воздуха), так называемую воздушную оболочку планеты. Темное небо полностью наполнено воздухом, который несмотря на то, что полностью прозрачен, пустотой не является, а состоит из молекул газа – азота (78%) и кислорода (21%), а также водяных капель, пара, ледяных кристаллов и небольших кусочков твёрдого материала (например, частичек пыли, сажи, пепла, океанской соли и т.п.).
Некоторым лучам удаётся свободно пройти между газовыми молекулами, полностью минуя их, а потому без изменений достигнуть поверхности нашей планеты, но большинство лучей сталкиваются с газовыми молекулами, которые приходят в возбуждённое состояние, получают энергию и выпускают в различные стороны разноцветные лучи, полностью окрашивая небо, в результате чего мы видим солнечное голубое небо.
Белый свет сам по себе состоит из всех цветов радуги, которую нередко можно увидеть, когда он раскладывается на составные части. Так получилось, что молекулы воздуха больше всего рассеивают синий и фиолетовый цвета, поскольку они являются наиболее короткой частью спектра, поскольку имеют наименьшую длину волны.
При смешивании в атмосфере синего и фиолетового цветов с небольшим количеством красного, жёлтого и зелёного, небо начинает «светиться» голубым цветом.
Поскольку атмосфера нашей планеты не однородна, а довольно разная (возле поверхности Земли более плотная, чем наверху), она имеет разную структуру и свойства, мы можем наблюдать переливы голубого цвета. Перед закатом или восходом, когда длина солнечных лучей значительно увеличивается, синие и фиолетовые цвета рассеиваются в атмосфере и до поверхности нашей планеты абсолютно не доходят. Успешно добираются жёлто-красные волны, которые мы и наблюдаем на небосводе в этот период времени.
В ночное время, когда солнечные лучи, попадая на определённую сторону планеты не имеют никакой возможности, атмосфера там становится прозрачной, и мы видим «чёрный» космос. Именно таким его видят астронавты, находящиеся над атмосферой. Стоит заметить, что космонавтам повезло, ведь, когда они находятся свыше 15 км над поверхностью земли, днём они могут одновременно наблюдать за Солнцем и звёздами.
Окрас неба на других планетах
Поскольку цвет неба во многом зависит от атмосферы, нет ничего удивительного в том, что на разных планетах оно различного цвета. Интересно, что такого же цвета, как на нашей планете, атмосфера у Сатурна.
Очень красивого аквамаринового цвета небеса Урана. Атмосфера на нём состоит в основном из гелия и водорода. В ней также присутствует метан, который полностью поглощает красный и рассеивает зелёный и голубой цвета. Синего цвета небеса Нептуна: в атмосфере этой планеты нет столько гелия и водорода, как у нашей, но много метана, который нейтрализует красный свет.
Атмосфера на Луне, спутнике Земли, а также на Меркурии и Плутоне полностью отсутствует, следовательно, световые лучи не отражаются, поэтому небесный свод здесь чёрный, а звёзды легко различимы. Синие и зелёные цвета солнечных лучей полностью поглощаются атмосферой Венеры, и когда Солнце возле горизонта, небеса здесь жёлтые.
В ясный солнечный день небосвод над нами имеет ярко-синий цвет. Вечером, на закате, небо обретает приятный для глаза глубокий красный цвет с многочисленными оттенками. Так почему же небо днем голубое? Что делает закат красным? Каким образом прозрачный воздух переливается синими и красными оттенками в разное время суток?
Я представлю 2 ответа здесь: первый - более упрощенный для широкого читателя, второй - более научный и точный. Выберите уж сами, какой вам по душе.
1. Почему небо голубое, а не зеленое? Ответ для чайников
Свет от Солнца или лампы выглядит белым, но на самом деле белый цвет-это смесь всех 7 существующих цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового (рис. 1). Небо (атмосфера) наполнено воздухом. Воздух представляет собой смесь з крошечных молекул газа и небольших кусочков твердого материала, такого как, например, пыль. Так как солнечный свет проходит сквозь воздух, он сталкивается с частицами воздуха. Когда луч света попадает на молекулы газа, он может "отскочить" в другом направлении (рассеиваться).
Некоторые составные цвета белого света,такие как красный и оранжевый, проходят от Солнца к нам в глаза прямо, без рассеивания. Но большинство лучей голубого цвета "отскакивает" от частиц воздуха по всем направлениям. Таким образом, все небо оказывается буквально пронизанным голубыми лучами. Когда вы смотрите вверх, часть этого голубого света достигает глаза и вы видитеотовсюду над головой голубой свет! Вот,собственно, почему небо голубое!
Естественно, все упрощено по максимуму, но ниже представлен параграф, где более фундаментально описано свойство нашего с вами любимого неба над головой и причины, которые объясняют, почему все-таки цвет неба именно голубой, а не зеленый!
2. Почему небо голубое? Ответ для продвинутых
Давайте рассмотрим более детально природу света и цвета. Цвет, как все знают, - это свойство света, которое могут воспринимать и определять наши глаза и мозг. Свет от солнца - это большое количество белых лучей, которые состоят из всех 7 цветов радуги. Свет обладает свойством дисперсии (рис. 1). Всё освещается Солнцем, но некоторые предметы отражают лучи только одного цвета, например, синего, а другие предметы - только лучи желтого и тд. Таким образом человек определяет цвета. Итак, Солнце светит на Землю своими белыми лучами, но её окутывает атмосфера (толстый слой воздуха), и когда этот белый (состоящий из всех цветов) луч проходит через атмосферу, именно воздух рассеивает (распространяет) все 7 цветных лучей белого солнечного луча, но с большей силой именно его сине-голубые лучи (проще говоря, атмосфера буквально начинает светиться голубым цветом). Другие цвета напрямик попадают от Солнца к нам в глаза (рис 2).
Почему именно голубой цвет поддается наибольшему рассеиванию в атмосфере? Это природное явление, и описывается оно физическим законом Рэлея. Если объяснять проще, то существует формула, которую вывел Рэлей в 1871 году, и которая определяет, как зависит рассеивание света (луча) от цвета этого луча (то есть от такого свойства луча, как его длина волны). И так уж получилось, что наименьшую длину волны и соответственно наибольшее рассеивание имеет именно небесно-голубой цвет.
Почему во время восхода и Заката небо красное? На закате или восходе Солнце находится низко над горизонтом, из-за чего солнечные лучи наклонно падают
ют на Землю. Длина луча, естественно, многократно увеличивается (рис. 3), и поэтому на таком огромном расстоянии почти вся коротковолновая (сине-голубая) часть спектра рассеивается в атмосфере и не доходит до поверхности Земли. Доходит до нас только длинные волны, жёлто-красные. Как раз такой цвет и приобретает небо во время восхода заката. Вот почему небо кроме голубого и синего бывает и желтым и красным!
А сейчас для полного понимания всего вышесказанного несколько слов о том, что из себя представляет атмосфера.
Что такое атмосфера (небесный свод)?
Атмосфера представляет собой смесь молекул газа и других материалов, окружающих Землю. В основном атмосфера состоит из газов азота (78%) и кислорода (21%). Газы и вода (в виде паров, капель и ледяных кристаллов) являются наиболее распространенными составными частями атмосферы. Есть также небольшое количество других газов, а также множество мелких твердых частиц, таких как пыль, сажа, пепел, соль из океанов и тд. Состав атмосферы меняется в зависимости от географического положения, от погоды и многого другого. Где-то может быть больше воды в воздухе после ливня или рядом с океаном, где-то вулканы извергают большое количество частиц пыли высоко в атмосферу.
Атмосфера более плотная в своей нижней части, рядом с Землей. Она с высотой постепенно утончается. Не существует резкого разрыва между атмосферой и пространством. Вот почему мы видим переливы голубого и синего на небе, именно потому, что атмосфера на небе везде разная, имеет различную структуру и свойства.
Солнечный свет белый, то есть включает в себя все цвета спектра. Казалось бы, небо тоже должно быть белым, но оно голубое.
Наверняка ваш ребёнок знает фразу «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан», которая помогает запомнить цвета радуги. А радуга - лучший способ понять, как свет распадается на волны разной частоты. Наибольшая длина волны - у красного цвета, наименьшая - у фиолетового и синего.
Воздух, в котором есть молекулы газов, микрокристаллы льда и капли воды, рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее, поэтому синего и фиолетового цвета в небе в восемь раз больше, чем красного. Этот эффект называется рэлеевским рассеянием.
Проведите аналогию с шариками, скатывающимися по рифлёной доске. Чем больше шарик, тем меньше вероятность того, что он отклонится от курса или застрянет.
Объясните, почему небо не может быть других цветов
Почему небо не фиолетовое?
Логично предположить, что небо должно быть фиолетовым, ведь у этого цвета самая короткая волна. Но тут в дело вступают особенности солнечного света и строение человеческого глаза. Спектр солнечного света неравномерен, оттенков фиолетового в нём меньше, чем остальных цветов. А человеческому глазу не видна часть спектра, что ещё сильнее уменьшает процент оттенков фиолетового в небе.
Почему небо не зелёное?
amopintar.comУ ребёнка может возникнуть вопрос: «Раз рассеяние усиливается с уменьшением длины волны, почему небо не зелёное?». Рассеиваются в атмосфере не только синие лучи. Их волна самая короткая, поэтому они заметнее и ярче всего. А вот если бы человеческий глаз был устроен иначе, небо казалось бы нам зелёным. Ведь длина волны этого цвета чуть длиннее, чем у синего.
Свет устроен не так, как краски. Если перемешать зелёную, синюю и фиолетовую краски, получится тёмный цвет. Со светом же всё наоборот: чем больше цветов смешивается, тем светлее получается результат.
Расскажите про закат
Мы видим голубое небо, когда Солнце светит сверху. Когда оно приближается к горизонту, а угол падения солнечных лучей уменьшается, лучи идут по касательной, проходя гораздо больший путь. Из-за этого волны сине-голубого спектра поглощаются в атмосфере и не доходят до Земли. В атмосфере же рассеиваются красный и жёлтый цвета. Поэтому на закате небо становится красным.
Почему небо голубое? Трудно найти ответ на такой простой вопрос. Многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предложил около 100 лет назад английский физик лорд Джон Рэлей .
Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?
Белый свет — это смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу.
Призма раскладывает белый луч на цветные полосы:
■ Красную
■ Оранжевую
■ Желтую
■ Зеленую
■ Голубую
■ Синюю
■ Фиолетовую
Соединяясь вместе, эти лучи вновь образуют белый свет. Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.
Так почему же небо голубое?
Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,- это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Некоторые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.
В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее 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. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение:
Именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.
Основная теория о голубом цвете неба
Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем испускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета - от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.
Каков результат? Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из миллиардов молекул газов атмосферы. К этому свету примешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто синего тона.
Почему тогда закат красный?
Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.
Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.
Научное объяснение
Выше мы дали ответ сравнительно простым языком. Ниже мы процитируем обоснование с использованием научных терминов и формул.
Отрывок из Wiki:
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ 4 , λ — длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается в приблизительно 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым лучам).
Во время заката и рассвета свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.
Вероятно, при другом составе атмосферы, например, на других планетах цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый.
Рассеяние и поглощение - главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ 4 . При бо́льших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.
