Короткий ответ: свет рассеивается в воздухе
Небо кажется голубым, потому что солнечный свет, проходя через атмосферу Земли, взаимодействует с очень маленькими молекулами азота и кислорода. Белый солнечный свет содержит множество цветов видимого спектра. У каждого цвета своя длина волны: у синего и фиолетового света она сравнительно короткая, у красного и оранжевого — длиннее. Молекулы воздуха особенно эффективно рассеивают коротковолновую часть света во все стороны. Поэтому, когда мы смотрим на ясное небо в стороне от Солнца, к нам приходит много рассеянного синего света. Явление называется рассеянием Рэлея. Воздух сам по себе не окрашен синей краской, и голубизна не связана с отражением цвета моря. Именно такой механизм объясняют NOAA и британская метеослужба Met Office.
Что такое рассеяние Рэлея простыми словами
Рассеяние Рэлея возникает, когда свет взаимодействует с частицами или молекулами, значительно меньшими по размеру, чем длина его волны. В приближённой физической модели интенсивность такого рассеяния сильно увеличивается при уменьшении длины волны — примерно обратно пропорционально её четвёртой степени. Поэтому в чистом воздухе синий свет рассеивается в несколько раз сильнее красного. При этом часть света отклоняется от первоначального направления и достигает наблюдателя сбоку. Так даже практически прозрачная атмосфера приобретает заметный цвет, если смотреть через достаточно большой слой воздуха. Не путайте этот механизм с рассеянием на крупных каплях воды: именно оно во многом объясняет белизну облаков. Это не два названия одного и того же процесса.
Почему небо не фиолетовое, хотя фиолетовый рассеивается сильнее
У фиолетового света длина волны ещё меньше, чем у синего, и сам по себе закон Рэлея действительно предсказывает более сильное рассеяние. Но воспринимаемый цвет зависит не только от количества рассеянного света. Человеческий глаз менее чувствителен к фиолетовой области, чем к синей; кроме того, солнечный спектр не содержит одинакового количества энергии на каждой длине волны. Часть фиолетового излучения также поглощается в верхних слоях атмосферы. Вместе эти обстоятельства приводят к тому, что сочетание света, которое воспринимают колбочки сетчатки, выглядит преимущественно голубым. Поэтому неверно говорить, будто фиолетовые лучи вообще не доходят до Земли или что цвет неба определяется только одним законом рассеяния.
Почему закат красный, а у горизонта небо почти белое
Когда Солнце высоко, его свет проходит через относительно небольшой слой атмосферы. Утром и вечером Солнце находится низко, поэтому лучам приходится преодолевать гораздо более длинный путь в воздухе. По дороге значительная часть синего и фиолетового света рассеивается в разные стороны, а в прямом солнечном свете становится относительно больше красного и оранжевого. Пыль, дым, морская соль и другие аэрозоли способны усиливать или изменять окраску заката. Если же смотреть на горизонт в стороне от Солнца, небо часто кажется бледно-голубым или белёсым: свет там проходит более длинный путь и дополнительно многократно рассеивается. Красивый красный закат не всегда означает загрязнение воздуха, а светлый горизонт сам по себе не позволяет поставить диагноз качеству атмосферы.
Почему облака белые или серые на фоне голубого неба
На ясном небе свет в основном рассеивают молекулы газов, очень маленькие по сравнению с длинами волн видимого света. В облаках находятся значительно более крупные капли воды и кристаллики льда, которые рассеивают разные видимые цвета гораздо равномернее. Когда смешанный свет попадает к глазам, солнечное облако кажется белым. У плотного облака нижняя часть может выглядеть серой: до неё добирается меньше света, а часть лучей отражается и рассеивается по дороге. На вид влияют также окружающий фон, тени и угол наблюдения. Поэтому белое кучевое облако на насыщенно-синем фоне — нормальная физическая картина. О видах облаков подробно рассказывается в /ru/guides/cloud-types-field-guide/, а ещё одно атмосферное явление объяснено в /ru/guides/why-lightning-zigzags/.
Почему в космосе небо чёрное и всегда ли оно голубое на Земле
За пределами большей части земной атмосферы космос выглядит чёрным вдали от ярких объектов, потому что там слишком мало молекул, которые могли бы рассеивать солнечный свет к нашим глазам. На другой планете цвет дневного неба зависит от плотности и состава атмосферы, а также пыли, и совсем не обязан повторять земной. Например, в атмосфере Марса много пылевых частиц, поэтому условия рассеяния отличаются. На Земле механизм голубого неба действует во все сезоны, но дымка, облака, положение Солнца и примеси воздуха влияют на оттенок. Попробуйте безопасно сравнить цвет неба прямо над головой, у горизонта и рядом с освещённым облаком — только не смотрите непосредственно на Солнце. Почему меняется высота Солнца над горизонтом, объясняет /ru/guides/why-earth-has-seasons/.
Материал носит справочный характер. Перед важными решениями сверяйтесь с актуальными официальными источниками и, при необходимости, советуйтесь со специалистом.
Поделиться статьёй
