Почему небо голубое

Голубое небо — настолько привычное явление, что мало кто задумывается о его природе. Почему не зеленое, не желтое, не белое? Почему именно голубое? И если солнечный свет белый, откуда в небе берется цвет?

Ответ кроется в физике взаимодействия света с атмосферой Земли.

Белый свет — это смесь цветов

Солнечный свет кажется белым, но на самом деле он состоит из всех цветов радуги — от красного до фиолетового. Каждый цвет — это электромагнитная волна определенной длины. Красный свет имеет длинные волны, фиолетовый — короткие. Синий и голубой находятся ближе к фиолетовому концу спектра, и их волны тоже короче.

Когда солнечный свет входит в атмосферу Земли, он сталкивается с молекулами газов — прежде всего азота и кислорода — а также с микроскопическими частицами. Эти столкновения заставляют свет рассеиваться, то есть отклоняться от прямого пути и распространяться во все стороны.

Рассеяние Рэлея

Физическое явление, объясняющее цвет неба, называется рассеянием Рэлея. Оно названо в честь британского физика Джона Уильяма Стретта, лорда Рэлея, который в XIX веке математически описал этот процесс.

Суть рассеяния Рэлея в том, что короткие волны света рассеиваются гораздо сильнее, чем длинные. Синий и фиолетовый свет с их короткими волнами рассеиваются молекулами воздуха интенсивнее, чем красный или желтый.

Когда солнечный луч проходит через атмосферу, синий свет отклоняется во все стороны и заполняет небо. Красный и желтый свет рассеиваются слабее и продолжают двигаться почти по прямой. Поэтому, куда бы мы ни посмотрели днем, мы видим рассеянный синий свет — и небо кажется голубым.

Почему не фиолетовое?

Если фиолетовый свет имеет еще более короткую волну, чем синий, то почему небо не фиолетовое? Здесь играют роль два фактора.

Во-первых, человеческий глаз более чувствителен к синему свету, чем к фиолетовому. Наши зрительные рецепторы воспринимают синий цвет интенсивнее, поэтому мы видим небо именно голубым, а не фиолетовым.

Во-вторых, фиолетовый свет частично поглощается верхними слоями атмосферы и озоновым слоем. До поверхности Земли доходит меньше фиолетового света, чем синего. В итоге небо приобретает именно голубой оттенок.

Почему небо не всегда голубое

Цвет неба зависит от положения Солнца и состояния атмосферы. На рассвете и закате небо становится красным, оранжевым или розовым. Это происходит потому, что солнечный свет проходит через атмосферу по гораздо более длинному пути. Весь синий свет успевает рассеяться, и до наблюдателя доходят преимущественно длинноволновые красные и оранжевые лучи.

Если в воздухе много пыли, дыма или влаги, небо может стать белесым или серым. Крупные частицы рассеивают свет всех длин волн примерно одинаково, поэтому небо теряет насыщенный голубой цвет и выглядит бледным.

На больших высотах, где атмосфера становится крайне разреженной, небо темнеет. Астронавты на борту МКС видят черное небо даже днем: станция все еще находится в верхних слоях земной атмосферы, но молекул газа и других частиц там слишком мало для заметного рассеяния солнечного света.

Связь с цветом заката

Та же физика рассеяния Рэлея объясняет, почему Солнце на закате становится красным. Когда светило находится низко над горизонтом, его лучи проходят через атмосферу по максимально длинному пути. Синий свет почти полностью рассеивается, и остаются в основном красные и оранжевые волны. Поэтому закатное Солнце окрашивается в теплые тона, а небо вокруг него вспыхивает розовым и пурпурным.

Главное

Небо голубое из-за рассеяния Рэлея — физического явления, при котором короткие волны синего света рассеиваются молекулами атмосферы сильнее, чем длинные волны других цветов. Фиолетовый свет рассеивается еще сильнее, но наши глаза менее чувствительны к нему, а атмосфера частично его поглощает. Цвет неба меняется в зависимости от положения Солнца, состояния атмосферы и высоты наблюдателя.

Читайте также: Почему стекло прозрачное? Простое научное объяснение.