Защо небето е синьо - Много труден въпрос с неспокоен отговор. Ако избягвате научен език, то небето е синьо, защото червената светлина е разпръсната най-малко от другите, а лилавото е най-голямото.
Много хора знаят, че бялата светлина се състои от 7 основни цвята: червено, оранжево, жълто, синьо, синьо, зелено и лилаво. Всеки цвят може да се променя с намаляването на дължината на вълната. Така например астронавтите, които са в орбита, могат да видят доста бяло Слънце на черен фон. Факт е, че астронавтите виждат светлина без изкривяване в обикновеното безвъздушно пространство, а ние на Земята гледаме на Слънцето с „филтъра“, който създава нашата атмосфера.
От всичките 7 цвята на спектъра, червеното е най-малко разпръснато, малко по-оранжево, жълто и т.н. Поради тази причина, при залез и зазоряване, виждаме слънцето оранжево-червено. Но когато се издига по-високо и слоят на атмосферата става по-тънък и по-тънък, разсейването на светлината ще бъде по-малко, което означава, че Слънцето ще стане по-бяло и по-жълто.
Цвят на вратовръзката и дължина на вълната
Какво ще стане, ако погледнем към небето, далеч от него? Тогава червените лъчи ще преминат встрани и на практика няма да се разсеят. Оранжевите лъчи ще се разсеят малко, жълтите повече, и така нататък, докато виолетовата светлина се разсее колкото е възможно повече. Така можем да видим с вас нещо между твърде силната виолетова светлина и много слабата червена, с други думи атмосфера, която ще бъде ясно изразена със синя светлина.
- Това е интересно -
Целият процес е много сложен и се нуждае от научни познания. Цялата природа на това явление е обяснена от англичанина Джон Уилям Стрет, лорд Рейли III през 1899 година.
Защо небето е синьо? - видео
Защо небето е синьо е много трудно да се намери отговорът на такъв прост въпрос. Много учени бяха озадачени за отговора. Най-доброто решение на проблема беше предложено преди около 100 години от английския физик лорд Джон Рейли. Но нека започнем отначало. Слънцето излъчва ослепително чиста бяла светлина. Така че цветът на небето трябва да бъде същият, но все още е синьо. Какво се случва с бялата светлина в земната атмосфера?
Бялата светлина е смес от цветни лъчи. С помощта на призмата можем да направим дъга. Призма разделя бял лъч на цветни решетки: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, синьо и виолетово. Свързвайки се заедно, тези лъчи отново образуват бяла светлина. Може да се предположи, че слънчевата светлина първо се разделя на цветни компоненти. След това нещо се случва и само сините лъчи достигат повърхността на Земята.
Защо тогава небето е синьо?
Има няколко възможни обяснения. Въздухът около Земята е смес от газове: азот, кислород, аргон и други. В атмосферата все още има водни пари и ледени кристали. Прах и други малки частици се суспендират във въздуха. В горните слоеве на атмосферата има слой озон. Може би това е причината? Някои учени смятат, че озонът и водните молекули поглъщат червените лъчи и пропускат синята светлина. Но се оказа, че атмосферата просто няма достатъчно озон и вода, за да нарисува небето синьо.
През 1869 г. англичанинът Джон Тиндал предполага, че прах и други частици разсейват светлината. Синята светлина е разпръсната до най-малка степен и преминава през слоеве от такива частици, достигайки повърхността на Земята. В лабораторията си той създаде модел на смог и я запали с ярък бял лъч. Смогът стана тъмно син. Тиндал реши, че ако въздухът е абсолютно чист, тогава нищо няма да разпръсне светлината и ние можем да се възхитим на яркото бяло небе. Лорд Райли също подкрепи тази идея, но не за дълго. През 1899 г. той публикува обяснение: въздухът е, а не прах или дим, който оцветява небето.
Обяснението е защо небето е синьо. Част от слънчевите лъчи преминава между газовите молекули, без да се сблъскват с тях, и без промени достига земната повърхност. Другият, по-голямата част от него, се абсорбира от газови молекули. Когато фотоните се абсорбират, молекулите се възбуждат, т.е. зареждат с енергия, и след това отново го излъчват във вид на фотони. Тези вторични фотони имат различни дължини на вълните и могат да бъдат от всякакъв цвят - от червено до виолетово. Те летят във всички посоки: към Земята, към Слънцето и в страни. Лорд Рейли предположи, че цветът на излъчвания лъч зависи от разпространението в лъча на квантите на определен цвят. Когато една молекула газ се сблъска с фотоните на слънчевите лъчи, има осем сини кванта на един вторичен червен квант.
Какъв е резултатът? Интензивната синя светлина буквално излива върху нас от всички страни на милиардите молекули атмосферни газове. Фотоните от други цветове се смесват с тази светлина, така че няма чист син тон.
Оказва се, че много малко хора знаят отговора на този привидно "висящ въпрос във въздуха". Често децата питат за това, но възрастните не са готови да дадат обяснение. Мнозина вярват, че този въпрос е от поредица от онези, които изобщо не можем да отговорим, като например "къде е краят на Вселената". Има хора, които вярват, че това е цветът на смес от азот и кислород, когато има много такива газове и те са подчертани от слънцето. Има такива, които свързват цвета на небето с пречупването на светлината в слоевете на атмосферата. Тези, които бяха отлични ученици в училище, ще кажат, че, казват те, въздухът разпръсква синия цвят по-интензивно от всички останали цветове на спектъра според закона на Рейли, често без разбиране на същността на това разсейване. Между другото, въпросът за цвета на небето беше решен от физиците едва през ХХ век. Затова не трябва да се срамуваме особено.
И въпреки че този въпрос не е пряко свързан с температурата, нека се опитаме да го разберем. Няма да копаем много дълбоко във физиката, но ще ви напомним основните моменти за светлината и въздуха.
Слънчевата светлина е смес от излъчвания на всички цветове на дъгата, т.е. електромагнитни вълни с честоти на колебания, които могат да повлияят ретината на човешкото око. Виолетовият цвят съответства на дължината на вълната 380 nm, червено - 720 nm. В ретината има конуси, отговорни за цветово възприятие. Има три вида конуси: сини (отговарящи за високочестотния обхват), зелени (отговарящи за средните) и червени (за ниски честоти). Диапазоните на чувствителност на конусите се припокриват, но максимумът пада върху определен цвят.
Молекулите на въздуха в нормално състояние нямат такса, те са неутрални. Те обаче се състоят от заредени частици - електрони и ядра. Под влиянието на електрическото поле ядрата се изместват в една посока, електроните - в другата, и се получава дипол със собствено електромагнитно поле. Ако дипол попадне в променливо електромагнитно поле, тогава той започва да колебае, т.е. положителните и отрицателните заряди се изместват напред-назад и самият дипол започва да излъчва електромагнитна вълна. В нашия случай електромагнитната вълна от слънчева светлина кара молекулите на въздуха да се превръщат в диполи, излъчващи електромагнитни вълни. Освен това посоката на изследване на диполите може да бъде всякакъв вид. Чрез закона за запазване на енергията светлинната вълна губи своята интензивност в първоначалната посока. Това е основният механизъм на разсейване на светлината във въздуха. По-скоро не става дума дори за разсейване, а за излъчването на въздушни молекули от действието на светлината. Поглеждаме през атмосферата и всъщност виждаме светлината от слънцето и светлината, излъчвана от молекулите на нашата атмосфера. Защо не е бял, а син?
Факт е, че интензивността на излъчване на дипола е пропорционална на четвъртата мощност на честотата на излъчване. Най-интензивно излъчваните от диполите на вълната с максимална честота и енергия, съответстващи на синята светлина. Вълните на червената светлина взаимодействат по-малко с молекулите на въздуха. Т.е. при преминаване през атмосферата има филтриране на бял цвят в целия спектър. Молекулите на въздуха излъчват предимно син цвят, т.е. светлината, която възбужда сините и зелените конуси на ретината е много по-силна от червените конуси.
Джон Тиндал е първият, който предприе стъпка към правилното обяснение на цвета на небето през 1865 г. Той открива, че когато лъчите на светлината преминат през среда, в която се суспендират малки частици от примеси, синият цвят се разсейва по-интензивно от червеното. В резултат на това виждаме оцветяването на предаваната светлина в синьо. Това може да се наблюдава, ако погледнете страничната част на светлинния лъч, преминаващ през водата, леко замъглена с мляко. Ако не гледате отстрани, а по посока на гредата, светлината става червеникава, защото синият компонент се разсейва.
Няколко години по-късно британският учен лорд Рейли изучава този ефект по-подробно. Той показа, че интензивността на разсейването на светлината върху частици с много малки размери е обратно пропорционална на четвъртата сила на дължината на вълната на излъчване. От това следва, че синята светлина е разпръсната 10 пъти по-силно от червената.
Тиндал и Рейли си мислеха, че синьото на небето се дължи на наличието на малки частици прах и водни пари в атмосферата. По-късно учените осъзнаха, че ако това е вярно, ще забележим значително повече вариации в цвета на небето с промени в влажността, мъглявината и замърсяването на въздуха, отколкото виждаме сега. Проблемът е решен от Айнщайн, който през 1911 г. извлича формула, описваща разсейването на светлината от молекули. Формулата потвърди всички предишни експерименти. Доказано е, че не праха и парата, а въздушните молекули разпръскват светлината, защото (както бе споменато по-горе) електромагнитното поле на светлината инициира електрически диполни моменти в молекулите.
Защо небето не е лилаво, а синьо? В крайна сметка, лилавите вълни са по-къси от сините. Първата причина е, че спектърът на слънчевата радиация не е еднакъв. Виолетовият цвят е по-малък. В допълнение, виолетовите лъчи са разпръснати в най-горните слоеве на атмосферата. Втората причина - чувствителността на нашите конуси до лилаво е по-ниска от синята. Третата причина е, че синият цвят дразни не само сините конуси в ретината, но и малко червено и зелено. Следователно, цветът на небето не е бледо, а наситен син, особено когато въздухът е чист.
Цветът на залеза се обяснява с разсейването на светлината върху молекулите на въздуха. Пътувайки дълъг път от Слънцето до Земята, лъчът губи всички сини нюанси. Само жълти и червени тонове достигат до окото. Около морето залезът може дори да е оранжев, благодарение на частиците сол във въздуха, които са отговорни за разпръскването на Тиндал.
Отбележете, че съставът на атмосферата, т.е. Присъствието на азот и кислород, цветът на небето е почти независим. Ако планетата има прозрачна атмосфера с достатъчна дебелина и плътност, осветена от светлина, чийто спектър е бял, подобен на този на Слънцето, то небето ще бъде синьо.
Как тогава да обясним, че образите от космически кораби, кацащи на Марс, показват, че небето е розово и червено? Това е така, защото атмосферата на Марс е много тънка и замърсена от прах. Разсейването на слънчевата светлина става не върху молекули, а главно върху замърсени с прах замърсявания. Много частици прах са по-големи от дължината на вълната на светлината и се състоят от железен оксид, който е червен на цвят.
Сега знаете, че отговорът на въпроса „защо небето е синьо“ не е много прост. Разбираме нещо, но какво да кажем на децата? Вероятно нашата красива атмосфера се състои от въздух, който свети със синя светлина, когато Слънцето го затопля. Защото синьото е най-силното от всички цветове на дъгата.
“Защо небето е синьо?” Или “Защо небесно синьото” е доста често срещан въпрос, но на много хора им е трудно да отговорят.
Ще се опитам да отворя темата и да отговоря напълно на въпроса. За да отговорите с минимална (нула!) Използване на формули, или иначе те казват, че всяка формула в текста намалява публиката с 50%, което не бих искал.
Абсолютно избягването на физиката няма да работи, но аз ще разчитам на факта, че сте на разстояние от училищния курс, но не забравяйте, или просто се интересувате.
Така че всъщност отговорът на този въпрос звучи съвсем накратко - разсейването на Релея.
Тези, които знаят каква е дисперсията на Рейли, по принцип не могат да прочетат повече, за тях обясненията ще бъдат тривиални. Тези, които не си спомнят или не са знаели за това - сте добре дошли.
В този въпрос имаме три референтни точки, три фактора, които могат да повлияят (и да повлияят) как виждаме небето.
Първият е Слънцето, 99% от светлината около нас, ден и нощ, я излъчва. През деня тя свети сама, нощем светлината му отразява луната. В градовете, вечер, разбира се, това е и светлина, но това е капка в океана в сравнение с това, което нашата звезда ни дава. Аз обикновено мълча за светлината на други звезди, те са засенчени дори от обикновеното ръчно фенерче. Почти всичко, което виждаме, виждаме благодарение на него, че е глупаво да отречем участието му в нашия въпрос.
Обичайният образ на слънцето. Тъмно петно - Венера, преминаваща през слънчевия диск, 2012. Между другото, какъв цвят е слънцето? Попитайте някой, дете, възрастен и Слънцето веднага ще ви отговори - е, добре, само че астрономът ще отговори правилно и дори това може да е погрешно. В края на краищата, Слънцето, звезда от клас "жълто джудже".
Така че Слънцето не е жълто, а бял! Да, това е бяло. Въпреки факта, че въпреки факта, че е боядисан навсякъде с жълто и дори в астрономически снимки почти винаги е жълто, техниците на НАСА често „рисуват“ Слънцето в обичайния жълт или оранжев цвят - но слънцето е бяло.
Ето как изглежда действително Слънцето, ако намалите интензивността на светлината „за да премахнете яркостта“ Фактът, че Слънцето е бяло, е много важно, поради тази причина виждаме цветовете, а не монохромното изображение. Физическата дефиниция на бялата светлина е малко по-различна от биологичната концепция, но в нашия случай е достатъчно да се разбере, че слънцето свети с всички цветове на дъгата "едни и същи" (или почти същите), а смес от всички цветове ни дава бяло. (за тези, които искат да проникнат по-дълбоко -)
Схематичното разпределение на „цветовете“, излъчвани от Слънцето, всички видими в дъгата цветове, са налице и между другото има много малко жълто. Пикът на интензивността пада върху пурпурно, синьо и зелено. "Вълната" на разпределение се измества към лилавия край. Светлината, излъчена от Слънцето, лети към нашата Земя за около 8 минути (8,29 минути). Тя преминава през земната атмосфера и точно това наричаме небето втора точка - Земна атмосфера.
Тя е в атмосферата на Земята и се случва цялата магия.
Слънчевата светлина, преминаваща през атмосферата, се пречупва, разпръсква, абсорбира и отразява - т.е. се държи както трябва.
Ние се интересуваме от дисперсията, защото рисува небето в синьо.
Например, вземете повърхността на водата. Всеки знае, че ако погледнем монетата в дъното на фонтана и се опитаме да го получим, ще имаме „изненада”. Липсваме и ръката се потапя във вода, сякаш се счупва. Това се нарича пречупване. Пречупване на светлината на границата на различни среди - вода и въздух.
Освен че са различни вещества (въздух и вода), те също са различни по плътност. Именно този факт ни интересува.
В атмосферата на Земята има така наречени плътни флуктуации - нееднородности в плътността. И много малък, на молекулярно ниво. Имам предвид неравномерното разпределение (плътност) на газовите молекули, които образуват атмосферата. На “границата” на тези флуктуации светлината се “пречупва”.
Атмосферата е голяма в сравнение с молекулите - невероятно огромна. Така че е лесно да се разбере - в нея има огромно количество подобна хетерогенност. Лъчът на светлината се пречупва при всяка флуктуация и леко променя посоката си. На всяка хетерогенност в произволна посока. (За сравнение, представете си потиснат душ, от който извира във всички посоки) Комбинацията от многопосочни пречупвания и ни дава разсейване.
Ефектът от разсейване, който трябва да обясним, се нарича Рейли. Честно казано, името и начинът, по който тя се различава от другите, не е същността, а само е необходимо да се посочи общ принцип.
Принципът на релеевото разсейване казва следното: колкото по-къса е вълната на светлината, т.е. цветът на светлината е по-близо до синьо и виолетово, колкото по-голяма е интензивността на разсейване, колкото по-дълга е вълната, колкото по-близо до червено, толкова по-малка е интензивността на разсейване.
За синята и червената светлина съотношението на интензитета на разсейване, основано на формулите, които обещах да не давам, е около 4,5 пъти. Синьото разсейва “по-добре и повече” от червеното 4.5 пъти.
Между другото, въпреки че все още има пурпурен цвят пред синьо в дъгата и той всъщност се разпръсква дори по-добре от синьото, небето все още е синьо, а не пурпурно. Защо небето не е пурпурно, ще ви кажа малко по-ниско.
Атмосферата играе ролята на особен нюанс на синя лампа, а Слънцето има в него крушка. Ако погледнете лампата със син абажур, така че светлината да не свети в очите ви, ще видите стабилна синя светлина, излъчвана от целия абажур, но ако погледнете директно към крушката, изкривяването на абажура почти ще изчезне и ще видите светлината (цвят) на крушката. практически непроменена. Така е и нашето небе. Виждаме многократно разсеяна синя светлина. Останалите цветове са по-малко разпръснати. Небето не свети с тях и те директно попадат в окото на наблюдателя.
По-голямата част от деня, Слънцето не е в своя зенит (всъщност той е там веднъж на ден, а после и на екватора), и е разбираемо, че не трябва да гледате директно към Слънцето, така че ходим цял ден под синята светлина на нашия небесен абажур. ,
Той също обяснява защо небето е „по-синьо“ по краищата, по-близо до хоризонтите, и колкото по-близо до Слънцето, толкова по-бяло. По краищата има повече въздух и количеството дифузна светлина там е по-високо.
Черната пунктирана стрелка показва как цветът на небето (близо до хоризонта) се променя през деня до залез.По-синя, по-малко синя е хубава, но е написана в заглавието и виждаме синьото небе, а не синьото небе всеки ден. Тук стигаме третият фактор са нашите очи и до такава концепция като възприемането на цялостна, обща, картина.
Как и защо по този начин очите ни са подредени е отделна тема, много обширна и интересна. Сега достатъчно, за да дам няколко факти. Нашите очи възприемат най-добре три цвята: червено, зелено и синьо. Този цветен модел се нарича RGB - съкращение на английските думи Red, Green, Blue, т.е. червено, зелено, синьо.
И червеното се възприема много по-добре от зеленото, а зеленото е много по-добро от синьото.
Например, за пурпурно, нашите очи са като цяло нечувствителни. Около нас няма толкова много лилави неща. Единственото нещо, което веднага идва на ум е патладжанът. Да, и след това патладжанът е по-лесно да се нарича сиво-зелено или дори кафяво-жълто, а някои от тях обикновено се наричат „сини“, а не лилаво.
Така се оказва, че общата картина се възприема от очите ни по-скоро като синя, а не пурпурна. И както казах по-горе, лилавото се разсейва дори по-добре от синьото и повечето от тях просто не попадат в очите на наблюдателя.
Обърнете внимание на илюстрацията за смесване на цветовете. С пунктираната стрелка се отбелязва приблизителната промяна в цвета на небето.
Кажете по обед, че е синкаво, към вечер (или по-близо до Слънцето) започва да става синьо. 2-3 часа преди смрачаване става светло, почти бяло.
Слънцето се търкаля към залеза, а небето става жълто, зачервява се и избледнява в червено. Колкото по-близо до залеза, толкова повече въздух има между наблюдателя и слънцето. Синята светлина е почти разпръсната и не достига наблюдателя.
Червен преобладава, дисперсията му е по-ниска и вследствие на това проникващата сила е по-висока, по-лесно преодолява атмосферата.
Това е в основата си цялата история на „Синьото небе“.
Остава, може би, да се възстанови малко зелено. Да, зелено небе не се случва, добре, поне изразено зелено. Във всеки един момент, докато стане тъмно, ние все още виждаме 3 цвята, те винаги се смесват в очите ни. Оказва се, че в момента, когато зелените доминират, сините и червените също са доста силни - получаваме средата на пунктираната линия - небето е белезникаво, с нюанси на жълто или синьо. А през останалото време тя е доминирана от синьо или червено.
Но зелено може да се види. Това много рядко срещано явление далеч отвсякъде се нарича - "Зелен лъч".
Въпреки че Зеленият лъч е изключително рядко явление, много по-лесно е да го обясните.
Древните гърци вярвали: "Небето е синьо, защото е създадено от най-чистия скален кристал!" В този случай кристалът е многопластов и следователно има в синьо, Ако сложите парче от обикновено стъкло пред вас, то ще бъде прозрачно. Обаче, ако натрупате няколко парчета и се опитате да ги погледнете, се оказва, че ще видите не нещо, което всъщност стои зад цялата структура, а някакъв вид неразбираемо синьо.
Така в нашия случай небето е поредица от кристални сфери, които са разположени с ювелирна точност една в друга. В средата на тази сфера Земята се намира със своите крепости, таверни, пътища, планински върхове, храмове, градове и морета. На една сфера е ярко горящото слънце. На друга сфера е луната. Третата сфера е покрита с безкрайно множество звезди, които непрекъснато се откъсват от повърхността на кристала и падат. Всички останали сфери са поставени на един от голям брой планети.
Всички тези сфери се въртят и всеки има своя посока и скорост. Те се въртят без дрънкалка и скърцане, а в самия център на тази удивителна система нашата планета е като никоя друга важна планета, намираща се в „световната“ празнота. Вероятно величествена гледка!
В тази теория, защо небето синискрено се вярва от древните гърци. Но какво точно ги накара да мислят така? В крайна сметка, небето е невъзможно да се докосне, то само може да бъде разгледано. Съзерцайте и отразявайте, изграждайте най-невероятните предположения. В наше време такива предположения обикновено се наричат „научна теория“, които древните гърци не се притесняваха и така ги наричаха - предположения.
Защо небесносинята (според учените)?
Съвременните учени успяха да намерят точния отговор и да докажат защо небето е синьо. Физиката отдавна скрива тази тайна, или по-скоро атмосферата на нашата планета. Както всеки знае, самият въздух е безцветен газ, но когато слънчевите лъчи проникнат в него, светлината започва да се разпада на 7 основни цвята:
Тъй като в този процес, синьо и синьо имат ясно предимство - защото виждаме небето синьо-синьо.
Най-успешният пример за този процес е сравнението на деня и нощта. През нощта слънчевите лъчи отсъстват, защото слънцето в момента ще осветява противоположната страна на планетата. Поради липсата на светлина, можем да видим истинския цвят на атмосферата, да бъдем точни, липсата на какъвто и да е цвят, прозрачността. Чрез прозрачния въздух имаме възможност да видим други галактики, звезди, дъски, черно пространство. В този момент, когато Слънцето отново започва да осветява нашата страна на планетата - небето става лазурно. Така небето е синя завеса, зад която космосът се крие от нас през деня. Ето защо небето е синьо през деня и прозрачно през нощта, затова ни се струва, че е черно.
Защо цветът на небето е син, но залезите са червени? Работата е там, че червената светлина има най-дългата дължина на вълната. Благодарение на това червеният цвят може да се промъкне през дебелината на земната атмосфера, дори когато слънчевата светлина напълно изчезне от линията на хоризонта.