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.
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.
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.
- 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
Proč je obloha modrá, je velmi obtížné najít odpověď na tak jednoduchou otázku. Mnoho vědců zmateně odpovědělo. Nejlepším řešením problému bylo asi před 100 lety navrhnout anglický fyzik lord John Rayleigh. Ale pojďme začít znovu. Slunce vyzařuje oslňující čistě bílé světlo. Barva oblohy by měla být stejná, ale je stále modrá. Co se stane s bílým světlem v zemské atmosféře?
Bílé světlo je směs barevných paprsků. S pomocí hranolu můžeme vytvořit duhu. Prism rozděluje bílý paprsek na barvy: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, modrá a fialová. Společně se tyto paprsky opět spojují s bílým světlem. Lze předpokládat, že sluneční světlo se nejprve rozdělí na barevné součásti. Pak se něco stane a pouze modré paprsky se dostanou k povrchu Země.
Tak proč je modrá obloha?
Existuje několik možných vysvětlení. Vzduch obklopující Zem je směs plynů: dusík, kyslík, argon a další. V atmosféře jsou stále vodní páry a ledové krystaly. Prach a jiné malé částice jsou zavěšeny ve vzduchu. V horní atmosféře se nachází vrstva ozonu. Možná je to důvod? Někteří vědci věřili, že molekuly ozonu a vody absorbují červené paprsky a nechávají modré světlo. Ale ukázalo se, že atmosféra prostě nemá dostatek ozónu a vody k malování oblohy modré.
V roce 1869 navrhl Angličan John Tyndall, že prach a jiné částice rozptýlí světlo. Modré světlo se rozptýlí v nejmenším rozsahu a prochází vrstvami takových částic, které se dostanou k povrchu Země. Ve své laboratoři vytvořil model smogu a zapálil ho jasným bílým paprskem. Smog se změnil na tmavě modrou barvu. Tyndall se rozhodl, že pokud by vzduch byl naprosto jasný, nic by nerozptylovalo světlo a mohli bychom obdivovat jasně bílou oblohu. Lord Rayleigh také tuto myšlenku podpořil, ale ne dlouho. V roce 1899 vydal vysvětlení: je to vzduch, a nikoli prach nebo kouř, které barví oblohu modrou.
Vysvětlení je důvod, proč je obloha modrá. Část slunečních paprsků prochází mezi molekulami plynu, aniž by se s nimi střetla, a bez změn dosáhne zemského povrchu. Druhá, většina z nich, je absorbována molekulami plynu. Když jsou fotony absorbovány, molekuly jsou vzrušeny, to znamená, že jsou nabité energií, a pak je opět emitují ve formě fotonů. Tyto sekundární fotony mají různé vlnové délky a mohou mít jakoukoli barvu - od červené až po fialovou. Odlétá všemi směry: na Zemi, na Slunce a na boky. Lord Rayleigh navrhl, že barva vyzařovaného paprsku závisí na prevalenci kvantových barev určitého typu v paprsku. Když se molekula plynu srazí s fotony slunečních paprsků, existuje osm modrách kvant na jedno sekundární červené kvantum.
Jaký je výsledek? Intenzivní modré světlo doslova vylévá ze všech stran miliardy molekul atmosférických plynů. Fotony jiných barev se mísí s tímto světlem, takže nemá čistě modrý tón.
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
"Proč je modrá obloha?" Nebo "proč je modrá obloha" je docela běžná otázka, ale mnozí budou mít obtížné odpovědět.
Pokusím se otevřít téma a odpovědět na tuto otázku. Chcete-li odpovědět pomocí minimálního (nula!) Použití vzorců, nebo jinak říkají, že každý vzorec v textu snižuje své publikum o 50%, což by se mi nelíbilo.
Absolutně se vyhýbat fyzice nebude fungovat, ale budu spoléhat na to, že jste na dálku od školy, ale pamatujte si, nebo jste prostě zajímá.
Takže odpověď na tuto otázku zní velmi stručně - Rayleighův rozptyl.
Ti, kdo vědí, co Rayleighova rozptýlení v zásadě nemusí číst dále, jsou pro ně vysvětlení triviální. Ti, kteří si o tom nezapomínají, nebo jste o tom nikdy nevěděli, jste vítáni.
V této otázce máme tři referenční body, tři faktory, které mohou ovlivnit (a ovlivňovat), jak vidíme oblohu.
První je Slunce. 99% světla kolem nás, den a noc, vyzařuje to. Během dne září sám, v noci jeho světlo odráží měsíc. Ve městech ve večerních hodinách je samozřejmě také lehké, ale to je pokles v oceánu ve srovnání s tím, co nám naše hvězda "rozdává". Celkově budu mlčet o světle jiných hvězd, jsou zastíněny dokonce i obyčejnou baterkou. Téměř všechno, co vidíme, vidíme díky němu, je hloupé, že popíráme jeho zapojení do naší otázky.
Obvyklý obraz slunce. Tmavé místo - Venuše procházející solárním kotoučem, 2012. Mimochodem, jaká je barva slunce? Zeptat se někoho, dítěte, dospělého a slunce vám okamžitě odpoví - dobře, kromě toho, že astronom odpoví správně, a dokonce to může být špatné. Koneckonců, Slunce, hvězda třídy "žlutého trpaslíka".
Takže Slunce není žluté, ale bílá! Ano, ano, je to bílá. Navzdory tomu, že se zdá, navzdory tomu, že je všude namalovaná žlutá a dokonce i v astronomických fotografiích je téměř vždy žlutá, technici NASA často "malují" slunce v obvyklé žluté nebo oranžové barvě - ale slunce je bílá.
A takhle vypadá Slunce, pokud snížíte intenzitu světla "pro odstranění jasu" Skutečnost, že Slunce je bílá, je velmi důležité, proto vidíme barvy, nikoli monochromatický obraz. Fyzická definice bílého světla se poněkud liší od biologického pojetí, ale v našem případě stačí pochopit, že slunce svítí se všemi barvami duhy "totéž" (nebo téměř totéž) a směs všech barev nám dává bílou barvu. (pro ty, kteří chtějí proniknout hlouběji -)
Schématické rozložení "barev" vyzařovaných sluncem, všechny barvy viditelné v duši jsou přítomné a mimochodem tam je velmi málo žluté. Špička intenzity klesá na fialovou, modrou a zelenou. "Vlna" distribuce se posune k purpurovému konci. Světlo vyzařované sluncem letí na naši Zemi asi 8 minut (8,29 minut). Prochází zemskou atmosférou a právě to je to, co nazýváme oblohou a to je druhý bod - Pozemská atmosféra.
Je to v atmosféře Země a všechno se děje.
Sluneční světlo, které prochází atmosférou, je lámáno, rozptýleno, absorbováno a odraženo - tj. chová se tak, jak má být.
Máme zájem o rozptýlení, protože barvy oblohy modrou.
Například, vzít povrch vody. Každý ví, že pokud se podíváme na minci v dolní části fontány a pokusíme se ji dostat, budeme mít "překvapení". Chybí nám to a ruka ponořená do vody, jako by se zlomila. To se nazývá refrakce. Refrakce světla na hranici různých prostředí - voda a vzduch.
Kromě skutečnosti, že se jedná o různé látky (vzduch a vodu), mají také odlišnou hustotu. Právě to nás zajímá.
V atmosféře Země existují tzv. Fluktuace hustoty - nehomogenity v hustotě. A velmi malá, na molekulární úrovni. Mám na mysli nerovnoměrné rozložení (hustotu) molekul plynu, které vytvářejí atmosféru. Na "hranici" těchto výkyvů je světlo "lámáno".
Atmosféra je velká ve srovnání s molekulami - je překvapivě obrovská. Takže je snadné pochopit - v tom je obrovské množství takové heterogenity. Světelný paprsek se při každém kolísání lámá a lehce mění směr. Na každé heterogenitě v náhodném směru. (pro srovnání, představte si utlačovanou sprchu, z níž proudí ve všech směrech) Kombinace multidirekčních refraktů a rozptýlení.
Rozptylový efekt, který potřebujeme vysvětlit, se nazývá Rayleighův rozptyl. Upřímně řečeno, jméno a jak se liší od ostatních není podstatou, je pouze nutné určit obecný princip.
Princip Rayleighova rozptylu říká následující: kratší vlna světla, tj. barva světla je blíže k modré a fialové, čím větší je intenzita rozptylu, tím delší je vlna, čím blíže k červené, tím menší je intenzita rozptylu.
Pro modré a červené světlo je poměr intenzity rozptylu založený na vzorcích, které jsem slíbil, že neudělám, asi 4,5násobek. Modrá se rozptýlí "lépe a víc" než červená 4,5 krát.
Mimochodem, přestože v duhu je stále ještě fialová před modrou, a ve skutečnosti se rozptýlí ještě lépe než modrá, obloha je stále modrá, nikoli fialová. Proč obloha není fialová, řeknu to o něco nižší.
Atmosféra hraje roli zvláštního modrého stínidla a slunce má žárovku. Pokud se podíváte na lampu modrým stínidlem, aby světlo nesvítí do vašich očí, uvidíte stálé modré světlo pocházející z celé stínítko, ale pokud se podíváte přímo na žárovku, zkreslení stínítka skoro zmizí a uvidíte světlo (barvu) žárovky prakticky beze změny. Tak je naše obloha. Vidíme opakovaně rozptýlené modré světlo. Zbývající barvy jsou méně rozptýlené. Obloha s nimi nesvítí a přímo upadají do oka pozorovatele.
Většinu dne Slunce není ve svém zenitu (ve skutečnosti je tam jednou denně a pak na rovníku) a je pochopitelné, že byste se neměli dívat přímo na Slunce, takže po celý den chodíme pod modrým světlem našeho nebeského stínidla .
Vysvětluje také, proč je obloha "bluer" na okrajích, blíže k obzoru a čím blíže se Slunce, tím je bělejší. Podél okrajů je více vzduchu a množství rozptýleného světla tam je vyšší.
Černá tečkovaná šipka ukazuje, jak se barva oblohy (v blízkosti horizontu) mění v průběhu dne na západ slunce.Více modrá, méně modrá je hezká, ale je to napsáno v záhlaví a každý den vidíme modrou oblohu než modrou oblohu. Zde přijdeme třetí faktor je naše oči a takový pojem jako vnímání integrálního, celkového obrazu.
Jak a proč jsou naše oči uspořádány, je to samostatné téma, které je velmi rozsáhlé a zajímavé. Teď jen dost, abych dal pár faktů. Naše oči vnímají tři nejlepší barvy: červená, zelená a modrá. Tento barevný model se nazývá RGB - zkratka anglických slov Červená, Zelená, Modrá, tj. červená, zelená, modrá.
A červená je vnímána mnohem lépe než zelená a zelená je mnohem lepší než modrá.
Například fialové, naše oči jsou obecně necitlivé. Není kolem nás tolik fialových věcí. Jediná věc, která okamžitě přijde na mysl, je lilku. Ano, a pak lžička je jednodušší volat šedozelené nebo dokonce hnědožlutě a některé z nich se obecně nazývají "modré" spíše než fialové.
Tak se ukazuje, že celkový obraz je vnímán našimi očima spíše jako modrý a ne fialový. A jak jsem řekl výše, fialová se rozptýlí dokonce lépe než modrá a většina z toho prostě nedostává pozornost pozorovatele.
Dávejte pozor na obrázek míchání barev. Bodkovaná šipka označuje přibližnou změnu barvy oblohy.
Řekni v poledne, že je modravý, a večer (nebo blíž k Slunci) začne modrý. 2-3 hodiny před soumrakem se stává světlo, téměř bílá.
Slunce se valí směrem k západu slunce a obloha se zbarví do žluté, červené a vybledne. Čím blíže k západu slunce, tím více vzduchu je mezi pozorovatelem a sluncem. Modré světlo je téměř rozptýlené a nedosahuje pozorovatele.
Červená převládá, její rozptyl je nižší a v důsledku toho je větší síla pronikání, tím lépe překonává atmosféru.
To je v podstatě celý příběh "Modré oblohy".
Zůstává snad možná rehabilitace trochu zelené. Ano, zelená obloha se nestane, no, přinejmenším výrazně zelená. V každém okamžiku, dokud se neztmavne, stále vidíme 3 barvy, vždy se v našich očích mísí. Ukazuje se, že v okamžiku, kdy zelená dominuje, modré a červené jsou také poměrně silné - získáváme střed tečkované čáry - obloha je belavá, s odstíny žluté nebo modré. A zbytek času dominuje modrá nebo červená.
Ale zelená může být viděna. Tento velmi vzácný fenomén, který je k dispozici daleko od všeho, se nazývá - "Zelený paprsek".
Přestože zelený paprsek je extrémně vzácný fenomén, je mnohem snazší vysvětlit to.
Starověcí Řekové věřili: "Nebe je modré, protože je vytvořeno z nejčistšího kamenného krystalu!" V tomto případě je krystal vícevrstvá - a proto má v modré. Pokud před sebou položíte kus obyčejného skla, bude to transparentní. Pokud však nakopnete několik kusů a pokusíte se je prohlédnout, ukáže se, že nevidíte něco, co je vlastně za celou strukturou, ale nějaký nepochopitelný modrý.
Takže v našem případě je obloha řada křišťálových koulí, které se nacházejí s klenotní přesností uvnitř druhé. Uprostřed této sady koulí se Země nachází se svými pevnostmi, tavernami, silnicemi, horskými vrcholy, chrámy, městy a moři. Na jedné kouli je jasně zářící Slunce. Na jiné sféře je Měsíc. Třetí koule je pokryta nekonečnou sadou hvězd, která se neustále odděluje od povrchu krystalu a spadne. Všechny ostatní koule jsou umístěny na jednom z velkého počtu planet.
Všechny tyto koule se otáčejí a každý má svůj směr a rychlost. Otáčejí se bez chrastítka a pískat, a právě v centru tohoto úžasného systému je naše planeta jako žádná jiná a důležitá planeta umístěná ve "světové" prázdnotě. Pravděpodobně majestátní pohled!
V této teorii, proč nebe modráupřímně věřil starým Řekům. Co je však přesně přimělo? Koneckonců, obloha je nemožné se dotýkat, může být jen zamýšleno. Zamyslete se a zamyslete se, vytvořte nejneuvěřitelnější odhady. V dnešní době se takové domněnky obvykle nazývají "vědecká teorie", staré Řekové se neobtěžovali, a tak je nazývali - domněnky.
Proč je nebe modrá (podle vědců)?
Moderní vědci byli schopni najít správnou odpověď a dokázali, proč je obloha modrá. Fyzika po dlouhou dobu ukrývala toto tajemství, nebo spíše atmosféru naší planety. Jak všichni ví, vzduch samotný je bezbarvý plyn, ale když do něj proniknou sluneční paprsky, světlo se začne rozpadat do 7 primárních barev:
Protože v tomto procesu má modrá a modrá jasnou výhodu - protože vidíme modrou a modrou oblohu.
Nejúspěšnějším příkladem tohoto procesu je srovnání dne a noci. V noci sluneční paprsky chybí, protože slunce v okamžiku osvětlí opačnou stranu planety. Vzhledem k nepřítomnosti světla můžeme vidět skutečnou barvu atmosféry, přesněji, nepřítomnost jakékoliv barvy, průhlednost. Prostřednictvím průhledného vzduchu máme možnost vidět další galaxie, hvězdy, desky, černý prostor. V tom okamžiku, kdy začne slunce znovu osvětlovat naši stranu planety - obloha se zbledne. Obloha je tedy jakousi modrou oponou, za kterou se vesmír skrývá od nás ve dne. Proto je obloha modrá během dne a v noci transparentní, a proto se nám zdá, že je černá.
Proč je barva oblohy modrá, ale západy slunce jsou šarlatové? Věc je, že červené světlo má nejdelší vlnovou délku. Díky tomu může červená barva procházet tloušťkou zemské atmosféry, dokonce i když slunce úplně zmizelo za hranicí obzoru.