Почему небо голубого цвета, а закат красный
. Рассказываем с точки зрения физики для детей
Почему небо голубое: объяснение простыми словами для детей
Небо — это видимая часть атмосферы, окружающей нашу планету. Его цвет может изменяться в зависимости от многих факторов. Разберем этот вопрос с точки зрения физики и биологии, чтобы понять, почему днем небо кажется голубым, а не зеленым или фиолетовым.
Почему небо голубое: простое объяснение
Небо может менять оттенок с насыщенно синего до светло-голубого в зависимости от времени суток и погоды
Небо выглядит голубым благодаря атмосфере Земли и солнечному свету, который через нее проходит. Свет Солнца с точки зрения науки — электромагнитные волны разной длины, образующие видимый для глаз человека луч. Сам по себе он белый, но если пропустить свет через призму, то он разложится на цвета радуги. То же происходит и в небе [1].
Атмосфера, окружающая нашу планету, состоит из смеси разных газов и взвешенных мелких частиц пыли и капель воды. Когда солнечный луч проходит через них (как через призму), волны, образующие его, преломляются и отражаются на этих молекулах. Интенсивнее всего рассеиваются короткие волны света. В их числе как раз те, которые наше зрение воспринимает как голубой цвет. Благодаря этому весь небосвод, который люди оглядывают с поверхности земли, окрашивается днем в голубой цвет и его оттенки.
Откуда берется голубой цвет?
Днем, когда Солнце находится высоко в небе, короткие голубые волны рассеиваются по всему небу, что придает ему голубой оттенок
Луч света — эта цветовой спектр или набор всех цветов, на которые его можно разложить. Основные из них — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Каждому цвету соответствует своя длина волны. Если их сложить вместе, то получится белый [2]. Когда этот свет проходит через атмосферу, его преломляют молекулы газа и частицы пыли.
Однако разная длина волн влияет на то, как сильно свет рассеивается. Голубой свет, который имеет короткую длину волны (около 400–500 нанометров), рассеивается сильнее, а красный, с длинной волной, — слабее. Чем выше Солнце в небе, тем короче путь света через атмосферу и тем насыщеннее голубой цвет.
Почему мы видим голубой цвет?
Ответ кроется в строении человеческого глаза. За восприятие цветов сетчаткой глаза отвечают специальные рецепторы — колбочки. Их три типа [3]:
- чувствительные к красному свету;
- чувствительные к зеленому свету;
- чувствительные к синему свету.
Несмотря на то что фиолетовый свет рассеивается даже сильнее голубого, наши глаза менее чувствительны к этому оттенку. Кроме того, большая часть фиолетового света поглощается в верхних слоях атмосферы, поэтому до нас доходит преимущественно голубой свет, который мы и видим [4].
Рэлеевское рассеяние
Основной физический процесс, который отвечает за голубое небо, называется Рэлеевским рассеянием [5]. Он объясняет, как световые волны рассеиваются на молекулах воздуха (кислорода и азота). Как мы уже отметили, свет с короткими длинами волн рассеивается сильнее. Голубой свет имеет длину волны около 400–500 нанометров, что делает его наиболее подверженным рассеянию. Сильное рассеяние голубого света по всему небу создает эффект равномерного голубого цвета, который мы наблюдаем в дневное время.
Почему космос черный
За пределами земной атмосферы небо выглядит черным, так как там отсутствуют газы для рассеяния света. Космонавты на Международной космической станции видят темное пространство, даже когда они находятся на дневной стороне Земли [6], [7].
Отличия восприятия:
- Отсутствие атмосферы. На Земле свет от Солнца рассеивается через атмосферу, из-за чего небо кажется голубым. В открытом космосе, где нет атмосферы, свет просто движется в одном направлении и не взаимодействует с молекулами газа, что делает пространство черным.
- Вакуум. Космос — это вакуум, что означает отсутствие вещества, которое могло бы отражать или рассеивать свет. В результате свет от Солнца и звезд просто движется через пространство и между источниками света остаются темные участки.
- Прямой свет. Хотя звезды и другие объекты излучают свет, он распространяется напрямую и попадает только туда, куда он направлен, а не рассеивается, создавая впечатление темного, почти черного пространства между звездами.
Почему закат красный
Вечером, когда Солнце находится низко над горизонтом, его свет должен пройти более длинный путь через атмосферу, а значит, более длинные волны, такие как оранжевые и красные
Днем, когда Солнце находится высоко в небе, короткие голубые волны рассеиваются по всему небу, что придает ему голубой оттенок. Однако на восходе и закате, когда Солнце находится низко над горизонтом, его свет должен пройти более длинный путь через атмосферу. Это означает, что коротковолновый свет (голубой, фиолетовый) практически весь рассеивается, оставляя более длинные волны, такие как оранжевые и красные. Чем ниже Солнце, тем более насыщенными и красными кажутся закаты [1], [8].
Таким же образом объясняется эффект, когда Луна кажется оранжевой или даже красной. Когда Луна низко над горизонтом, ее свет проходит через более толстый слой атмосферы Земли. В этот момент воздух рассеивает короткие волны света (синий и фиолетовый), оставляя более длинные волны — красный и оранжевый цвета [9].
