Почему небо голубое, а закаты красные

3 мин чтения

Днем небо кажется голубым, в то время как рассветы и закаты часто сияют красными и оранжевыми тонами. Это явление обусловлено прежде всего тем, как солнечный свет взаимодействует с атмосферой Земли — этот процесс известен как рэлеевское рассеяние [1].

Голубое небо

Солнечный свет, который кажется нашим глазам белым, на самом деле состоит из всех цветов радуги, каждый из которых имеет свою длину волны [2]. Атмосфера Земли содержит крошечные молекулы газа, в основном азота и кислорода [1]. Когда солнечный свет попадает в атмосферу, эти крошечные молекулы рассеивают свет во всех направлениях [2].

Рэлеевское рассеяние гласит, что свет с более короткой длиной волны рассеивается гораздо эффективнее, чем свет с более длинной длиной волны [1]. Голубой и фиолетовый свет имеют самые короткие длины волн в видимом спектре, а значит, они рассеиваются молекулами атмосферы гораздо интенсивнее [3]. Поскольку голубой свет рассеивается по всему небосводу, небо кажется нам голубым www.nesdis.noaa.gov.

Хотя фиолетовый свет имеет еще более короткую длину волны, чем голубой, и рассеивается интенсивнее, наши глаза более чувствительны к голубому цвету. Кроме того, часть фиолетового света поглощается в верхних слоях атмосферы, поэтому мы воспринимаем небо как голубое, а не фиолетовое [4].

Красные закаты

На рассвете и закате солнце находится низко над горизонтом, а значит, его свет проходит через гораздо более толстый слой атмосферы Земли, прежде чем достигнет наших глаз weather.metoffice.gov.uk. На этом более длинном пути почти весь голубой и фиолетовый свет рассеивается, фактически отфильтровываясь www.nesdis.noaa.gov.

То, что в итоге проходит через атмосферу напрямую к нашим глазам, — это цвета с более длинной волной: красный, оранжевый и желтый. Эти цвета рассеиваются гораздо менее эффективно и могут более прямо проникать сквозь толстый атмосферный слой, что приводит к появлению эффектных красных и оранжевых оттенков, которые мы видим во время рассветов и закатов weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov.

Влияние загрязнения и пыли

Загрязнение воздуха и пыль могут значительно изменить цвета рассветов и закатов [2, 7]. Такие частицы, как пыль, дым и аэрозоли от загрязнений, обычно крупнее молекул газа в чистой атмосфере. Эти более крупные частицы также рассеивают свет, и при их умеренном количестве они могут усилить рассеяние голубого света, что приведет к еще более ярким красным и оранжевым оттенкам [2]. Однако чрезмерное количество крупных или очень многочисленных частиц может рассеивать все длины волн без разбора, из-за чего небо кажется затянутым дымкой или тусклым [2].

Небо в других мирах

На планетах без существенной атмосферы, например на Луне, небо остается черным даже днем, потому что там нет молекул, которые могли бы рассеивать солнечный свет [8]. На Марсе небо обычно имеет цвет ириски, желтовато-коричневый или красно-оранжевый из-за повсеместной мелкой пыли в его разреженной атмосфере [8]. Эта марсианская пыль, богатая оксидами железа, поглощает голубой свет и более эффективно рассеивает красный и желтый. Интересно, что марсианские рассветы и закаты могут казаться голубоватыми вокруг солнца, так как пыль рассеивает голубой свет вперед, в сторону наблюдателя, когда солнце находится низко над горизонтом [8].