Proč je modrá obloha - Velmi obtížná otázka s neklidnou odpovědí. Pokud se vyvarujete vědeckému jazyku, pak obloha je modrá, protože červené světlo je nejméně rozptýlené a fialové je největší.
Mnoho lidí ví, že bílé světlo se skládá ze 7 základních barev: červené, oranžové, žluté, modré, modré, zelené a fialové. Každá barva se může měnit, jelikož vlnová délka se snižuje. Takže například astronauti, kteří jsou na oběžné dráze, mohou vidět poněkud bílé slunce na černém pozadí. Faktem je, že astronauti vidí světlo bez deformace v běžném vzdušném prostoru a my na Zemi se díváme na Slunce s "filtrem", který vytváří naše atmosféra.
A modré světlo je lépe rozptýleno na nejmenších molekulách vzduchu, více než na jiných vlnových délkách, protože cestovalo jako kratší vlny, které pravděpodobněji zkreslují a mění své cesty. To je běžný důvod, který vidíme modré oblohy nad zemí.
Tento efekt se nazývá Tyndallův efekt, ale častěji se říká Rayleighův rozptyl. Rayleigh byl ten, který detailněji studoval problém a formuloval svůj matematický popis. V tomto případě je celkové množství rozptýleného světla nepřímo úměrné čtvrté síle vlnové délky, pokud molekuly, které jsou zde zvažovány, jsou dostatečně malé. Ve střední atmosféře Země je modré světlo rozptýlené více než červené světlo, 4 krát, což je téměř deset. Ale ve skutečnosti není všechno tak jednoduché. Dnes "víme", že barva oblohy vzniká přímo z fragmentů malých kapiček vodní páry.
Ze všech 7 barev spektra je červená nejméně rozptýlená, trochu více oranžová, žlutá atd. Z tohoto důvodu při západu slunce a úsvitu vidíme slunce oranžově-červené. Ale když se zvedne vyšší a vrstva atmosféry se stane tenčí a tenčí, rozptýlení světla bude menší, což znamená, že slunce bude bělejší a žlutší.
Tento nápad je stále velmi populární, ale nesprávný. Světlo musí být rozptýleno na menších molekulách kyslíku a dusíku. Ve skutečnosti ten, kdo to dokázal a ukázal, že tento výsledek je v dobré shodě s pozorováním, byl známý pro Alberta Einsteina. Také navrhl, že fenomén rozptylu světla není čistě mechanický, ale spíše elektromagnetický nebo dokonce kvantový efekt, v němž rozptýlené fotony světla mění svou energii. Tento proces, při pohledu na molekulární úroveň, zahrnuje vzrušující takzvaný vibrační způsob molekul.
Barva vazby a vlnová délka
Co se stane, když se podíváme na oblohu, pryč od toho? Pak červené paprsky projdou stranou a prakticky se nebudou rozptýlit. Oranžové paprsky se trochu rozptýlí, žluté, a tak dále, dokud se fialové světlo neztrácí co nejvíce. Můžeme s vámi vidět něco mezi příliš silným fialovým světlem a velmi slabým červeným, jinak atmosférou, která bude jasně vyjádřena modrým světlem.
K tomu dochází například tehdy, když kyslík dodá dodatečnou energii k menšímu rozptýlenému fotonu nebo rozptýlí předtím vzrušený vibrační stav molekuly, který pak přenáší svou vibrační energii na dopadající foton. Stručně řečeno, některé atmosférické částice rozptýlejí světlo kvůli přítomnosti elektromagnetického pole světlých vln, které indukují elektrické dipólové momenty v těchto molekulách.
Tak proč někdy západní nebo východní obloha září různými barvami? Kvůli dočasné změně složení atmosféry. Pokud je například ve vzduchu spousta vodní páry, střední molekuly vzduchu jsou větší a mohou účinně rozptýlit také červené světlo. Navíc, když je slunce na obloze nízké, musí jeho světlo projít přes hustší množství vzduchu před dosažením pozorovatele. Pak četné částice vzduchu mohou nejenom jednou rozptýlit, ale také mnohokrát znovu rozptýlit světlo. Konečným výsledkem tohoto procesu je kompletní směs mnoha různých vlnových délek a směrů paprsků, takže efektivní osvětlení je bílá než modrá.
- To je zajímavé -
Tento celý proces je velmi složitý a vyžaduje určité vědecké poznatky. Celá povaha tohoto jevu vysvětlil Angličan John William Strett, lord Rayleigh III. V roce 1899.
Proč je modrá obloha? - video
Ukazuje se, že velmi málo lidí zná odpověď na tuto zdánlivě "vždy visící otázku ve vzduchu". Často se děti ptají na to, ale dospělí nejsou ochotni poskytnout vysvětlení. Mnozí věří, že tato otázka pochází ze série těch, které vůbec neumíme odpovědět, jako "kde je konec vesmíru". Existují lidé, kteří věří, že se jedná o barvu směsi dusíku a kyslíku, když je spousta těchto plynů a jsou zvýrazněny sluncem. Existují ti, kteří spojují barvu oblohy s refrakcí světla ve vrstvách atmosféry. Ti, kteří byli skvělí žáci ve škole, říkají, že podle nich se vzduch šíří modrou barvou intenzivněji než všechny ostatní barvy spektra podle Rayleighova zákona, často bez pochopení podstaty tohoto rozptylu. Mimochodem, otázka barvy oblohy byla rozhodnuta fyziky až ve dvacátém století. Proto bychom se neměli stydět zvlášť.
Pokud je vzduch dále znečištěn malými částicemi, zdá se, že západ slunce je červenější. To se děje velmi často nad mořem nebo ve velkých průmyslových oblastech. 
Nicméně, trochu jiná, to je situace v případě jiných planet. Vědci věří, že červenavé barvy marťanské oblohy jsou důsledkem přítomnosti červeného prachu bohatého na železo v prašných bouřích. Přesná barva závisí na skutečných povětrnostních podmínkách a zdá se být modřejší, když je atmosféra Marsu poměrně klidná. Toto nebeské tělo nemá skoro žádnou atmosféru, takže světlo vůbec není rozptýlené.
A ačkoli tato otázka není přímo spojena s teplotou, pokusme se ji zjistit. Nebudeme se zabývat velice hluboko do fyziky, ale připomeneme vám hlavní body o světle a vzduchu.
Sluneční světlo je směs záření všech barev duhy, tj. elektromagnetické vlny s frekvencemi kmitání, které mohou ovlivnit sítnici lidského oka. Fialová barva odpovídá vlnové délce 380 nm, červené - 720 nm. Ve sítnici jsou za vnímání barev odpovědné kužele. Existují tři typy kuželů: modrá (zodpovědná za vysokofrekvenční rozsah), zelená (zodpovědná za střední) a červená (pro nízké frekvence). Rozsahy citlivosti kužele se překrývají, ale maximální hodnota klesne na určitou barvu.
Proto se zdá, že měsíční obloha je téměř černá a její stíny jsou velmi ostré. Světlo, které se pohybuje od slunce na zemi, vypadá bíle nebo žlutě. Ve skutečnosti však tvoří všechny barvy duhy. Můžete jej vidět pomocí hranolu nebo skla. Rozkládá sluneční světlo do svých duhových částí.
Sluneční světlo procházející rohovým sklem ukazuje, že je vyrobeno ze všech barev. Uchopení bílého papíru poblíž hranolu ukazuje duhu. Použití sklenice na víno naplněné vodou vytváří několik slunečních paprsků na slunci. Když se podíváte na oblohu, opravdu se podíváte na atmosféru Země. Jedná se o miliardy malých molekul kyslíku a dusíku, které plavou po obloze. Tyto molekuly vytvářejí vzduch, který dýcháme.
Molekuly vzduchu v normálním stavu jsou bez náboje, jsou neutrální. Obsahují však nabité částice - elektrony a jádra. Pod vlivem elektrického pole se jádra posunou v jednom směru, elektrony v druhém a dipól s vlastním elektromagnetickým polem. Pokud dipól padne do střídavého elektromagnetického pole, začne se kmitávat, to znamená, že kladné a záporné náboje jsou posunuty tam a zpět a samotný dipól začne vyzařovat elektromagnetickou vlnu. V našem případě elektromagnetická vlna slunečního světla způsobuje, že molekuly vzduchu se změní na dipóly vyzařující elektromagnetické vlny. Navíc směr studia dipólů může být nejrůznější. Podle zákona o zachování energie ztrácí světlá vlna svou intenzitu v původním směru. To je hlavní mechanismus rozptylu světla ve vzduchu. Spíše se nejedná ani o rozptýlení, ale o emise molekul vzduchu působením světla. Díváme se do atmosféry a skutečně vidíme světlo ze slunce a světlo emitované molekulami naší atmosféry. Proč není bílý, ale modrý?
Když sluneční světlo vstupuje do atmosféry Země, modré světlo se odráží ve všech směrech. Ilustrace rozptýlení slunečního světla kvůli molekulám v atmosféře. Jiné barvy - červená, oranžová, žlutá - také odrazují molekuly, ale modré světlo je nejvíce rozptýlené. Vaše oko je citlivé na modré světlo a tato odrážející se energie způsobuje, že obloha vypadá modře, když se na ni podíváme.
Pokud chcete podrobněji prozkoumat tento fascinující předmět, zkuste projít hlavními částmi tohoto webu, abyste zjistili, proč je obloha modrá. Během dne se modré nebe bez oblaků objeví, ale ráno nebo večer se změní na oranžovou až červenou. Tajemstvím tohoto barevného duetu je, jak se v atmosféře rozptýlí sluneční světlo.
Faktem je, že intenzita záření dipólu je úměrná čtvrté síle frekvence záření. Nejintenzivněji vysílané dipoly vlny s maximální frekvencí a energií, odpovídající modrému světlu. Vlny červeného světla interagují méně s molekulami vzduchu. Tedy při procházení atmosférou existuje nějaké filtrace bílé barvy napříč spektrem. Vzduchové molekuly emitují hlavně modrou barvu, to znamená, že světlo, které vzbuzuje modré a zelené kužele sítnice, je mnohem silnější než červené kužely.
Paleta oblohy má mnoho co nabídnout: alternativní modrá, bílá a šedá, žlutá, červená a oranžová a pokud přidáte duhu, barevná radost se zdá být neomezená. Šílená obloha dominuje během dne v modré, i když za ní leží temnota vesmíru. Na krásné večery se obloha zatahuje do velkolepé červené barvy, přestože slunce svítí ve stejné barvě jako během dne. Tajemstvím tak pestrobarevných barev je, jak se v atmosféře rozptýlí sluneční světlo.
Světlo slunce nám připadá nažloutlé bílé, ale skládá se ze všech barev duhy, od fialové k modré, zelené, žluté, oranžové až červené. Každá z těchto barev odpovídá elektromagnetickému záření specifické vlnové délky. Tato vlnová délka je nejkratší pro modrou a nejdelší pro červenou.
John Tindal byl první, kdo učinil krok k správnému vysvětlení barvy oblohy v roce 1865. Zjistil, že když paprsky světla procházejí prostředím, v němž jsou zavěšeny malé částice nečistot, modrá barva se rozptýlí intenzivněji než červená. V důsledku toho vidíme zbarvení přenášeného světla modře. To lze pozorovat, když se díváte na stranu paprsku světla procházejícího vodou, lehce zamlženou mlékem. Pokud se nevidíte ze strany, ale ve směru paprsku, světlo se stává načervenalé, protože modrá složka se rozptýlila.
Různé vlnové délky nyní hrají důležitou roli, když se světlo srazí s molekulami plynu na cestě atmosférou a mění směr. Fyzici říkají: světlo je rozptýlené. Kdykoli se nedíváme přímo na slunce, vidíme pouze rozptýlené světlo, které se objevilo v našich očích na několika slunečních kolech. Proto je barva rozptýleného světla určující barvu oblohy.
Rozptyl světla v atmosféře, tím menší je její vlnová délka. Modré světlo je proto více rozptýlené než červená. Když je slunce vysoké, cesta slunečního světla v atmosféře je poměrně krátká, většinou je to modré rozptylu, takže obloha je odpoledne modrá. V nízkých nadmořských výškách je cesta světla atmosférou mnohem delší. V důsledku rozptýlení modrá složka klesá tak, že červená vyhrává. Zatažená obloha je modrá během dne a červená při východu slunce a západu slunce.
O několik let později tento britský vědec Lord Rayleigh podrobněji prozkoumal tento efekt. Ukázal, že intenzita rozptýlení světla na částice velmi malých velikostí je nepřímo úměrná čtvrté síle vlnové délky záření. Z toho následovalo, že modré světlo je rozptýleno desetkrát intenzivněji než červená.
Tyndall a Rayleigh si mysleli, že modrá obloha byla způsobena přítomností malých částic prachu a vodní páry v atmosféře. Později si vědci uvědomili, že pokud by to bylo pravdivé, pozorovali bychom podstatně větší variace barvy oblohy se změnami vlhkosti, mlhoviny a znečištění ovzduší, než tomu nyní vidíme. Problém řešil Einstein, který v roce 1911 získal vzorec popisující rozptýlení světla molekulami. Vzorec potvrdil všechny předchozí experimenty. Bylo prokázáno, že to není prach a pára, ale molekuly vzduchu rozptýlejí světlo, protože (jak bylo zmíněno výše) elektromagnetické pole světla iniciuje elektrické dipólové momenty v molekulách.
V případě rozptýlení světla v atmosféře mluvíme o Rayleighově rozptylu, pojmenovaném podle britského fyzika lorda Rayleigha. Rayleighův rozptyl je vždy přítomen, když je záření rozptýleno na částice, které jsou mnohem menší než vlnová délka záření. To je případ plynových molekul v atmosféře. Vodní kapky nebo ledové krystaly v oblacích jsou naopak mnohem delší než vlnová délka světla. Není zde žádný Rayleighův rozptyl, ale všechny vlnové délky slunečního světla se na tom odrážejí, takže mraky nám připadá bílé.
Mimochodem, při vyhodnocování údajů z družicových měření by se měl také vzít v úvahu rozptyl Rayleigh, například pokud se používají k měření vln mořských vln nebo tloušťky mraků. Rozptyl Rayleigh se týká rozptýlení elektromagnetických vln na částice, které jsou malé ve srovnání s vlnovou délkou rozptýlených vln. Částice jsou vzrušeny elektromagnetickým zářením, aby vibrovalo a produkovalo jako vysílací anténu - tzv. Herzovský dipól - zase radiaci. Přesné výpočty ukazují, že výkon záření je nepřímo úměrný čtvrté síle vlnové délky.
Proč je nebe fialová, ale modrá? Koneckonců, fialové vlny jsou kratší než modré. Prvním důvodem je, že spektrum slunečního záření není jednotné. Fialové barvy jsou méně. Kromě toho jsou fialové paprsky rozptýleny v nejvyšších vrstvách atmosféry. Druhý důvod - citlivost našich kuželů na fialovou je nižší než na modrou. Třetím důvodem je, že modrá barva dráždí nejen modré kužely v sítnici, ale také trochu červené a zelené. Barva oblohy proto není bledá, nasycená modře, zvláště když je vzduch čistý.
Obloha je pouze modrá, pokud je vzduch co nejmenší, pokud jde o prach a výfukové plyny. Naše obloha je modrá, protože země je obklopena atmosférou, tzv. Atmosférou. Atmosféra se skládá ze směsi plynů, převážně dusíku, následované přidáním kyslíku, vodní páry, oxidu uhličitého, metanu a dalších plynů v malých množstvích. Ve formě drobných částic, tzv. Molekul, vytvářejí tyto plyny vzduchovou obálku. Na nebeských tělech, které nemají atmosféru, například na Měsíci, je obloha černá i během dne.
Barva západu slunce je vysvětlena rozptylem světla na molekulách vzduchu. Po dlouhé cestě od Slunce k Zemi ztratí paprsek všechny modré odstíny. Do oka se dostanou pouze žluté a červené tóny. Kolem moře může být slunce dokonce oranžové, díky částicím soli ve vzduchu, které jsou zodpovědné za rozptýlení Tyndall.
Všimněte si, že složení atmosféry, tj. přítomnost dusíku a kyslíku, barva oblohy je téměř nezávislá. Pokud má planeta průhlednou atmosféru dostatečné tloušťky a hustoty, osvětleno světelným zdrojem, jehož spektrum je bílá, jako je Slunce, pak bude obloha modrá.
Světlo - elektromagnetické záření
Aby nám byla modrá, stále ještě není žádné sluneční záření, které nás dostává ve formě elektromagnetických vln. To, co vnímáme jako viditelné světlo, je malá část elektromagnetického spektra. Modré světlo má krátkou vlnovou délku, zelené i červené. Lze si také představit, že modré světlo se pohybuje mnoha malými rychlými kroky, zelená má několik velkých kroků a nakonec se červené světlo pohybuje širokými, širokými kroky. Nyní je bílý, složitý světelný paprsek slunce, které padá do země.
Jak tedy vysvětlit, že obrazy z kosmických lodí přistávajících na Marsu naznačují, že obloha je růžová a červená? To proto, že atmosféra Marsu je velmi tenká a znečištěná prachem. Rozptýlení slunečního světla se nevyskytuje na molekulách, ale především na nečistotách v prašném prostředí. Mnoho prachových částic je větší než vlnové délky světla a sestává z oxidu železa, který má červenou barvu.
Takže když spěchá modrá ve své cestě velmi často se srazí s molekulami atmosféry, červené světlo je v jistém smyslu mnohem lepší, protože to dělá velké kroky. Také se říká, že modré části slunečního světla jsou zvlášť silně rozptýlené, právě kvůli četným kolizím. Červené části jsou však mnohem méně náchylné ke srážce s molekulami a mohou být jednodušší. Obloha je modrá, protože modrá část slunečního světla je silně rozptýlená.
Tento efekt se nazývá Rayleighův rozptyl po britském lordu Rayleighovi, který objevil tento jev. Rayleighův rozptyl popisuje, jak elektromagnetické vlny, včetně světla, rozkládají atomy nebo molekuly. Obloha vypadá obzvlášť modře, když je vzduch zcela čistý a neobsahuje částice prachu. Protože sluneční světlo je nejen zničeno molekulami vzduchu, ale také rozptýlenými látkami v atmosféře: kouř ze sopky, výfukové plyny z rostlin, prach a písek z pouští.
Nyní víte, že odpověď na otázku "proč je obloha modrá" není příliš jednoduchá. Něco chápeme, ale co děti říkají? Pravděpodobně naše krásná atmosféra se skládá z vzduchu, který svítí modrým světlem, když ho ohřívá Slunce. Protože modrá je nejsilnější ze všech barev duhy.