Взаємодія світла та атмосфери
Коли ми дивимося на небо, здається, що воно має насичений блакитний колір. Насправді повітря майже прозоре, але явище розсіювання світла на молекулах газів атмосфери створює ілюзію синього відтінку. Це пов’язано з тим, що короткі блакитні хвилі світла розсіюються сильніше за довгі червоні чи жовті.
Явище Релеївського розсіювання
Англійський вчений лорд Релей досліджував, як світло різних довжин хвиль взаємодіє з дрібними частинками в повітрі. Згідно з його теорією, інтенсивність розсіювання обернено пропорційна четвертій степені довжини хвилі. Оскільки блакитний колір має коротку довжину хвилі, він розсіюється ефективніше, ніж інші кольори видимого спектра.
Значення довжини хвилі
- Фіолетовий і синій мають найкоротші хвилі.
- Червоний і помаранчевий – найдовші.
- Завдяки розсіюванню ми бачимо переважно синій відтінок неба.
Чому не фіолетове?
Якщо фіолетовий колір має навіть коротшу довжину хвилі, ніж синій, чому небо не здається фіолетовим? Річ у тім, що наше око менш чутливе до фіолетового кольору, а також частина фіолетових хвиль поглинається верхніми шарами атмосфери. Крім того, Сонце випромінює менше фіолетового світла, ніж синього.
Роль людської фізіології
Сприйняття кольору залежить і від будови сітківки ока, в якій розташовані колбочки, чутливі до різних ділянок спектра. Найбільше колбочок налаштовані саме на зелені та червоні відтінки, а найменше – на фіолетові. Тому навіть якщо фіолетове світло розсіюється, ми не бачимо його так яскраво.
Вплив висоти та погодних умов
Інтенсивність блакитного кольору неба може змінюватися залежно від висоти та погодних умов. На великих висотах атмосфера менш щільна, і небо здається темнішим, ближчим до чорного. Коли в повітрі багато пилу або вологи, розсіювання послаблюється чи змінюється, через що небо може виглядати блідішим або навіть сірим.
Схід і захід Сонця
Під час сходу і заходу Сонця ми спостерігаємо, як небо набуває жовтих, помаранчевих та червоних відтінків. Це відбувається тому, що в цей час сонячне проміння проходить довший шлях крізь атмосферу. Коротші сині хвилі розсіюються раніше, і до наших очей доходять переважно довші червоні хвилі.
Чи зміниться колір неба з часом?
Змін клімату та збільшення кількості аерозолів в атмосфері можуть вплинути на відтінок неба. При сильному забрудненні повітря небо може виглядати тьмяним чи білуватим. Проте основний фізичний механізм Релеївського розсіювання залишиться незмінним: поки є атмосфера, ми бачитимемо блакитний відтінок.
Вплив пилу та інших частинок
- Вулканічний попіл може призвести до яскравих червоно-рожевих заходів.
- Пилові бурі створюють жовтуваті або коричневі відтінки неба.
- Аерозолі від промисловості приглушують блакитний колір.
Практичне застосування знань
Знання про розсіювання світла важливі в астрономії, метеорології та навіть при проєктуванні оптичних приладів. Розуміння принципів розсіювання допомагає прогнозувати колір неба, атмосферні явища та їхній вплив на клімат. Також це дає змогу вивчати склад та стан повітря, аналізуючи, як змінюється відтінок небосхилу.
Спостереження за небом
Набагато цікавіше дивитися на небо, знаючи фізику явища. Можна помітити поступові зміни відтінку протягом дня: рано-вранці небо може мати холодний синюватий тон, а надвечір стати теплішим. Це ще раз підтверджує, наскільки динамічною є наша атмосфера.