Колір неба

На нашому сайті ви вже могли прочитати, що таке колір. Але скільки існує різних кольорів, що робить навколишні нас речі кольоровими? І наукове пізнання на багато таких питань вже може дати відповідь. Наприклад, пояснити колір неба.

Що робить навколишні нас речі кольоровими? Як пояснити колір неба?

Для початку потрібно буде згадати про великого Ісаака Ньютона, який спостерігав розкладання білого сонячного світла при проходженні його через скляну призму. Те, що він побачив, тепер називається явищем дисперсії, а сама різнобарвна картина – спектр. Утворені кольору в точності відповідали кольорам веселки. Тобто, Ньютон спостерігав веселку в лабораторії! Саме завдяки його дослідам в кінці 18 століття було встановлено, що біле світло є сумішшю різних кольорів. Причому, той же Ньютон довів, що якщо розкладений в спектр світло знову змішати, то вийде білий світ. У 19 столітті було показано, що світло – це що поширюються з величезною швидкістю в 300 000 км / с електромагнітні хвилі. А вже на початку минулого століття ці знання були доповнені ідеєю кванта світла – фотона. Таким чином, світло має двоїсту природу – і хвилі, і частинки. Це об’єднання і стало поясненням багатьох явищ, зокрема, спектра теплового випромінювання нагрітих тіл. Таких, яким є і наше Сонце.

Після такого вступу пора перейти до нашої теми. Блакитний колір неба … Хто не захоплювався ним хоча б пару раз в житті! Але так чи просто сказати, що всьому виною розсіювання світла в атмосфері? А чому тоді колір неба не голубий при світлі повного місяця? А чому блакитний колір не однаковий на всіх ділянках неба? А що трапляється з кольором неба при сході і заході Сонця? Адже воно може бути і жовтого, і рожевого і навіть зеленого кольору. Але все ж це особливості розсіювання. Тому розглянемо його докладніше.

Пояснення кольору неба і його особливостей належить англійському фізику Джону Вільяму Релею, вивчав розсіювання світла. Саме він вказав на те, що колір неба визначається залежністю розсіювання від частоти світла. Випромінювання Сонця, потрапляючи в атмосферу Землі, взаємодіє з молекулами газів, що входять до складу повітря. А так як енергія світлового кванта – фотона збільшується зі зменшенням довжини світлової хвилі, то найбільш сильний вплив на молекули газів, точніше – на електрони в цих молекулах, надають фотони блакитний і фіолетовою частини світлового спектру. Прийшовши у вимушені коливання, електрони віддають назад у вигляді фотона випромінювання взяту у світлової хвилі енергію. Тільки ці вторинні фотони вже випромінюються в усіх напрямках, а не тільки в напрямку спочатку падаючого світла. Це і буде процесом розсіювання світла. Крім цього, потрібно враховувати і постійний рух повітря, і флуктуації його щільності. В іншому випадку ми б спостерігали чорне небо.

А тепер повернемося до теплового випромінювання тіл. Енергія в його спектрі розподілена нерівномірно і описується на основі законів, встановлених німецьким фізиком Вільгельмом Вином. Таким же нерівномірним за енергіями фотонів буде і спектр нашого Сонця. Тобто фотонів фіолетовою його частини буде набагато меншою, ніж фотонів з блакитною і тим більше синьої. Якщо врахувати ще фізіологію зору, а саме максимальну чутливість нашого ока до синьо-зеленого кольору, то ми в результаті отримуємо небо блакитного або синього кольору.

Якщо врахувати фізіологію зору, а саме максимальну чутливість нашого ока до синьо-зеленого кольору, то ми в результаті отримуємо небо блакитного або синього кольору

Слід врахувати, що чим довше шлях сонячного променя в атмосфері, тим менше в ньому залишається непровзаімодействовавшіх фотонів з блакитний та синій області спектра. Тому колір неба нерівномірний, а ранковий або вечірній кольору жовто-червоні через великого шляху світла через атмосферу. Крім цього, пил, дим, інші частинки, що містяться в повітрі, також сильно впливають на розсіювання світла в атмосфері. На цю тему можна згадати знамениті лондонські картини Клода Моне. Або спогади про катастрофу 1883 року трапилася під час виверження вулкана Кракатау. Попіл від виверження, що потрапив в атмосферу, зумовив синюватий колір Сонця в багатьох країнах тихоокеанського регіону, а також червоні зорі, що спостерігалися по всій Землі. Але ці ефекти вже пояснюються іншою теорією – теорією розсіювання на частинках, порівнянних з довжиною світлової хвилі. Цю теорію запропонував світу німецький фізик Густав Мі. Головна ідея її – такі частинки внаслідок своїх відносно великих розмірів сильніше розсіюють червоне світло, а не синій чи фіолетовий.

Таким чином, колір неба – не просто джерело натхнення для поетів і художників, а наслідок тонких фізичних законів, які вдалося розкрити людському генію.

...
ПОДІЛИТИСЯ: