Почему небо голубое — физика рассеивания и роль зрения 🔵

Казалось бы детский вопрос. Но если задуматься, то у многих возникает резонный вопрос: почему земное небо имеет именно такой цвет? А не розовый, фиолетовый или бирюзовый в крапинку. Почем небо имеет именно голубую цветовую гамму читайте в нашей статье.

Содержание

Земное небо

Ответ на поставленный выше вопрос является довольно несложным. Перед тем, как достигнуть поверхности Земли солнечный свет преодолевает простор межпланетного пространства, которое по большей своей части является разреженным пространством — вакуумом. После вхождения в слои атмосферы нашей планеты свет начинает взаимодействие с различными газами, состоящего из атомарных частиц различных элементов:

Углерода;
Азота;
Кислорода.

Данное действие сравнимо с попаданием водяной струи на преграду, например в виде решетки. Однако природная составляющая данного действия несколько иная. Благодаря неоднородному составу атмосфера Земли рассеивает световой поток. Это явление впервые было описано Релеем.

Как происходит рассеивание света

Световой рассеивание напрямую связано с длиной световой волны. От нашей звезды по имени Солнце распространяются световые волны обширного диапазона. Сюда входят известные цвета:

Фиолетовый;
Синий;
Зеленый;
Желтый;
Оранжевый;
Красный.

Данный спектр расположен в порядке убывания волновой длины:

Наибольшую длину имеют волны красного цвета;
После располагается желтый;
Наиболее короткий — фиолетовый.

Для восприятия людей доступен только синий спектр. Световые волны, обладающие короткими волновые характеристики подвержены рассеиванию с наибольшим эффектом. Синяя является наименьшей волновой константой для человеческого зрения. Именно поэтому нами воспринимается небо в привычной голубой расцветке.

Иные цвета, которые мы видим тоже подвержены рассеиванию, но в гораздо меньшей степени. Если бы человеческое зрение воспринимало короткие волны, по сравнению с синим цветом, либо напротив — не мог видеть синие оттенки, то цвет неба был бы иным.

Например, если бы человеческое зрение было ограничено восприятием только до спектра зеленого цвета, то небо выглядело бы для нас зеленого оттенка.

Когда в коротковолновой части спектра цвета происходит диффузия фиолетового, и синего цвета получается оттенок голубого цвета. Любой цвет плавно переходит в соседний, благодаря непостоянству длины волны, как это происходит в радуге: из красного идет переход в оранжевый, далее в желтый и так далее.

Почему небо черное ночью

В связи с вращением нашей планеты вокруг своей оси получается так, что Земля сама собой закрывает от себя Солнце. И поэтому для нашего взора на ночной стороне открываются только звезды и Луна на темной простыне небосвода. В это время в земной атмосфере не происходит никакого рассеивания.

Физиология зрения и фиолетовый парадокс

Согласно закону Рэлея, фиолетовый цвет имеет самую короткую длину волны и должен рассеиваться интенсивнее других. Почему же мы не видим небо сиреневым? Секрет кроется в устройстве человеческой сетчатки: наши фоторецепторы (колбочки) крайне слабо реагируют на фиолетовый спектр по сравнению с синим. Мозг попросту усредняет сигналы, смешивая доминирующий синий с остатками фиолетового, что и дает нам привычный небесный оттенок.

Оптические эффекты при низком стоянии солнца

Когда светило опускается к горизонту, путь фотонов через воздушную оболочку увеличивается в десятки раз. Коротковолновое излучение синего спектра рассеивается практически полностью, не достигая наблюдателя. В игру вступают длинные волны — красный и оранжевый, которые проходят сквозь толщу газа с минимальными потерями.

На чистоту закатной палитры влияет оптическая плотность среды. Избыток аэрозолей, таких как морская соль, пыльца или вулканический пепел, активирует рассеяние Ми. В отличие от рэлеевского механизма, оно не зависит от длины волны и делает небо белесым, «размывая» насыщенные цвета до бледных пастельных тонов.

Атмосферные фильтры на других планетах

Цвет небосвода — это точный индикатор химического состава газовой смеси и наличия взвесей. На Марсе разреженная атмосфера наполнена частицами магнетита, которые поглощают синий цвет и переизлучают рыжие оттенки. Поразительно, но закаты на Красной планете выглядят голубыми, что является зеркальным отражением земной ситуации из-за специфического размера частиц пыли.

На Луне небо всегда остается угольно-черным из-за отсутствия диффузной среды;
Атмосфера Венеры из-за сверхвысокой плотности и паров серной кислоты окрашена в ядовито-желтый;
Газовые гиганты вроде Нептуна кажутся ярко-синими из-за метана, активно поглощающего красный спектр.

Изучение спектрального состава рассеянного света позволяет астрофизикам находить воду и кислород в атмосферах экзопланет, находящихся в обитаемой зоне других звезд.