Една от отличителните черти на човека е любопитството. Вероятно всеки като дете е гледал към небето и се е чудел: „защо небето е синьо?“ Както се оказва, отговорите на такива привидно прости въпроси изискват известна база от знания в областта на физиката и следователно не всеки родител ще може правилно да обясни на детето си причината за това явление.
Нека разгледаме този въпрос от научна гледна точка.
Диапазонът на дължината на вълната на електромагнитното излъчване покрива почти целия спектър на електромагнитното излъчване, което включва и видимото за хората излъчване. Изображението по-долу показва зависимостта на интензитета на слънчевата радиация от дължината на вълната на тази радиация.
Анализирайки това изображение, можем да отбележим факта, че видимата радиация също е представена от неравномерен интензитет за радиация с различни дължини на вълната. По този начин виолетовият цвят има относително малък принос към видимата радиация, а най-голям принос имат сините и зелените цветове.
Защо небето е синьо?
На първо място, този въпрос е предизвикан от факта, че въздухът е безцветен газ и не трябва да излъчва синя светлина. Очевидно причината за такова излъчване е нашата звезда.
Както знаете, бялата светлина всъщност е комбинация от радиация от всички цветове на видимия спектър. С помощта на призма светлината може ясно да се раздели на пълна гама от цветове. Подобен ефект възниква в небето след дъжд и образува дъга. Когато слънчевата светлина навлезе в земната атмосфера, тя започва да се разсейва, т.е. лъчението променя посоката си. Въпреки това, особеностите на състава на въздуха са такива, че когато светлината навлезе в него, радиацията с къса дължина на вълната се разпръсква по-силно от радиацията с дълги вълни. По този начин, като вземете предвид спектъра, изобразен по-рано, можете да видите, че червената и оранжевата светлина практически няма да променят траекторията си, когато преминават през въздуха, докато виолетовата и синята радиация забележимо ще променят посоката си. Поради тази причина във въздуха се появява известна „блуждаща“ късовълнова светлина, която постоянно се разпръсква в тази среда. В резултат на описаното явление изглежда, че от всяка точка на небето се излъчва късовълнова радиация във видимия спектър (виолетов, циан, син).
Добре известният факт за възприемането на радиацията е, че човешкото око може да улови, види радиацията само ако тя навлезе директно в окото. Тогава, гледайки към небето, най-вероятно ще видите нюанси на това видимо лъчение, чиято дължина на вълната е най-къса, тъй като именно тя се разпръсква най-добре във въздуха.
Защо не виждате ясно червен цвят, когато гледате Слънцето? Първо, малко вероятно е човек да може внимателно да изследва Слънцето, тъй като интензивната радиация може да увреди зрителния орган. Второ, въпреки съществуването на такова явление като разсейването на светлината във въздуха, по-голямата част от светлината, излъчвана от Слънцето, достига повърхността на Земята, без да се разпръсне. Следователно всички цветове от видимия спектър на лъчение се комбинират, образувайки светлина с по-изразен бял цвят.
Да се върнем към светлината, разсеяна от въздуха, чийто цвят, както вече определихме, трябва да има най-късата дължина на вълната. От видимата радиация виолетовото има най-къса дължина на вълната, следвано от синьото, а синьото има малко по-голяма дължина на вълната. Като се вземе предвид неравномерният интензитет на слънчевата радиация, става ясно, че приносът на виолетовия цвят е незначителен. Следователно най-големият принос към радиацията, разпръсната от въздуха, идва от синьото, следвано от синьото.
Защо залезът е червен?
В случай, че Слънцето се скрие зад хоризонта, можем да наблюдаваме същото дълговълново излъчване с червено-оранжев цвят. В този случай светлината от Слънцето трябва да измине значително по-голямо разстояние в земната атмосфера, преди да достигне окото на наблюдателя. В точката, където слънчевата радиация започва да взаимодейства с атмосферата, цветовете синьо и синьо са най-ясно изразени. Въпреки това, с разстояние, късовълновата радиация губи своя интензитет, тъй като е значително разпръсната по пътя. Докато дълговълновото излъчване върши отлична работа за покриване на толкова големи разстояния. Ето защо Слънцето е червено при залез.
Както бе споменато по-рано, въпреки че дълговълновата радиация е слабо разпръсната във въздуха, разсейването все още има. Следователно, намирайки се на хоризонта, Слънцето излъчва светлина, от която до наблюдателя достига само радиация от червено-оранжеви нюанси, която има известно време да се разсее в атмосферата, образувайки споменатата по-горе „блуждаща“ светлина. Последният оцветява небето в пъстри нюанси на червено и оранжево.
Защо облаците са бели?
Говорейки за облаци, знаем, че те се състоят от микроскопични капчици течност, които разпръскват видимата светлина почти равномерно, независимо от дължината на вълната на радиацията. След това разсеяната светлина, насочена във всички посоки от капката, се разпръсква отново върху други капчици. В този случай комбинацията от излъчване на всички дължини на вълната се запазва и облаците „светят“ (отразяват) в бяло.
Ако времето е облачно, тогава малко слънчева радиация достига земната повърхност. В случай на големи облаци или голям брой от тях, част от слънчевата светлина се абсорбира, което кара небето да потъмнее и да придобие сив цвят.
>> Защо слънцето е червено
Защо слънцето става червено при залез?: диаграма на движението на звезда в небето на Земята, характеристики на атмосферата на планетата и пречупване на светлината, червеният край на спектъра.
Защо слънцето е червено? Удивителен въпрос. В края на краищата можем да забележим, че често при залез Слънцето става червено, боядисвайки небето в кървави нюанси. Как става това и защо е червено? Най-простият отговор е, че светлината се пречупва от частици в атмосферата и всичко, което виждаме, е червеният край на спектъра. За да разберете по-добре, трябва да имате основно разбиране за това как се държи светлината във въздуха, състава на атмосферата, цвета на светлината, дължините на вълните и разсейването на Релей.
Атмосферата е един от основните фактори за определяне на цвета на залеза. Земната атмосфера се състои главно от газове с добавяне на други молекули. Това се отразява на това, което може да се види във всяка посока, тъй като атмосферата заобикаля изцяло Земята. Най-често срещаните газове са азот (78%) и кислород (21%). Единият процент, който остава, се състои от следи от газове като аргон и водна пара, по-фини твърди елементи като прах, сажди и пепел, полени и соли от океаните. Може да има повече вода в атмосферата след дъжд или близо до океана. Вулканите могат да изхвърлят големи количества прахови частици високо в атмосферата. Замърсяването може да включва различни газове, прах и сажди.
След това трябва да погледнете светлинните вълни и цвета на светлината. Светлината е енергия, която се разпространява на вълни. Светлината е вълна от вибриращи електрически и магнитни полета, която се счита за частица от електромагнитния диапазон. Електромагнитните вълни се движат в космоса със скоростта на светлината (299,792 км/сек). Енергията на излъчване зависи от дължината на вълната и честотата.
Дължината на вълната е разстоянието между върховете на вълните. Честотата е броят вълни, които преминават всяка секунда. Колкото по-дълга е дължината на вълната на светлината, толкова по-ниска е честотата и толкова по-малко енергия съдържа. Видимата светлина е частта от електромагнитния обхват, която виждаме. Светлината от електрическа крушка може да изглежда бяла, но тя е комбинация от много цветове. Дъгата е ефект на естествена призма. Тоновете на спектъра се комбинират помежду си, имат различни дължини на вълните, честоти и енергии. Виолетовото има най-късата дължина на вълната, което означава, че има най-значимата честота и енергия. Червеното има най-дългата дължина на вълната и най-ниската честота и енергия.
За да съберем всичко това заедно, трябва да разгледаме действието на светлината във въздуха на нашата планета. Какво се случва със светлината зависи от дължината на вълната на светлината и размера на частиците. Праховите частици и водните капки са много по-големи от дължината на вълната на видимата светлина, така че отскачат в различни посоки. Отразената светлина изглежда бяла, защото все още съдържа всички същите цветове, но газовите молекули са по-малки от дължината на вълната на видимата светлина. Когато светлината ги удари, тя действа по различен начин. След като газова молекула удари светлината, част от нея може да бъде абсорбирана. По-късно молекулата излъчва светлина в различни посоки. Цветът, който се излъчва, е същият, който е бил абсорбиран. Различните цветове на светлината имат различен ефект. Всички цветове могат да бъдат абсорбирани, но по-високите честоти (синьо) се абсорбират по-често от по-ниските честоти (червено). Този процес се нарича Релеево разсейване.
И така, отговорът на въпроса "Защо слънцето е червено?" следващо: При залез слънце светлината трябва да пътува по-далеч през атмосферата, преди да стигне до вас, така че тя се отразява и разпръсква най-много и Слънцето излиза от тъмнината. Цветът на Слънцето се променя от оранжев на червен, защото сега има повече разпръснати сини и зелени вълни и само по-дългите вълни (оранжеви и червени) остават видими.
В ясен слънчев ден небето над нас изглежда ярко синьо. Вечер залезът оцветява небето в червено, розово и оранжево. И така, защо небето е синьо и какво прави залеза червен?
Какъв цвят е слънцето?
Разбира се, слънцето е жълто! Всички жители на земята ще отговорят и жителите на Луната няма да се съгласят с тях.
От Земята Слънцето изглежда жълто. Но в Космоса или на Луната Слънцето би изглеждало бяло за нас. В космоса няма атмосфера, която да разсейва слънчевата светлина.
На Земята някои от късите дължини на слънчевата светлина (синя и виолетова) се абсорбират чрез разсейване. Останалата част от спектъра изглежда жълта.
И в космоса небето изглежда тъмно или черно вместо синьо. Това е резултат от липсата на атмосфера, следователно светлината не се разсейва по никакъв начин.
Но ако питате за цвета на слънцето вечер. Понякога отговорът е, че слънцето е ЧЕРВЕНО. Но защо?
Защо слънцето е червено при залез?
Докато Слънцето се движи към залеза, слънчевата светлина трябва да измине по-голямо разстояние в атмосферата, за да достигне до наблюдателя. По-малко пряка светлина достига до очите ни и слънцето изглежда по-малко ярко.
Тъй като слънчевата светлина трябва да пътува на по-големи разстояния, се получава повече разсейване. Червената част от спектъра на слънчевата светлина преминава през въздуха по-добре от синята част. И виждаме червено слънце. Колкото по-надолу се спуска слънцето към хоризонта, толкова по-голяма е въздушната „лупа“, през която го виждаме, и толкова по-червено е то.
По същата причина Слънцето ни изглежда с много по-голям диаметър, отколкото през деня: въздушният слой играе ролята на лупа за земен наблюдател.
Небето около залязващото слънце може да има различни цветове. Небето е най-красиво, когато във въздуха има много малки частици прах или вода. Тези частици отразяват светлината във всички посоки. В този случай се разсейват по-къси светлинни вълни. Наблюдателят вижда светлинни лъчи с по-голяма дължина на вълната, поради което небето изглежда червено, розово или оранжево.
Видимата светлина е вид енергия, която може да пътува в космоса. Светлината от Слънцето или лампа с нажежаема жичка изглежда бяла, въпреки че в действителност е смес от всички цветове. Основните цветове, които изграждат бялото, са червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Тези цветове непрекъснато се трансформират един в друг, така че в допълнение към основните цветове има и огромен брой различни нюанси. Всички тези цветове и нюанси могат да се наблюдават в небето под формата на дъга, която се появява в зона с висока влажност.
Въздухът, който изпълва цялото небе, е смес от малки газови молекули и малки твърди частици като прах.
Слънчевите лъчи, идващи от космоса, започват да се разсейват под въздействието на атмосферните газове и този процес се случва съгласно закона за разсейването на Релей. Докато светлината преминава през атмосферата, повечето от дългите дължини на вълните на оптичния спектър преминават непроменени. Само малка част от червения, оранжевия и жълтия цвят взаимодействат с въздуха, блъскайки се в молекули и прах.
Когато светлината се сблъска с газови молекули, светлината може да се отрази в различни посоки. Някои цветове, като червено и оранжево, достигат директно до наблюдателя, като преминават директно през въздуха. Но повечето синя светлина се отразява от въздушните молекули във всички посоки. Това разпръсква синя светлина в небето и го кара да изглежда синьо.
Въпреки това, много по-къси дължини на вълните на светлината се абсорбират от газовите молекули. След като се абсорбира, синият цвят се излъчва във всички посоки. То е разпръснато навсякъде по небето. Без значение в коя посока гледате, част от тази разпръсната синя светлина достига до наблюдателя. Тъй като синята светлина се вижда навсякъде над главата, небето изглежда синьо.
Ако погледнете към хоризонта, небето ще има по-блед оттенък. Това е резултат от това, че светлината преминава по-голямо разстояние през атмосферата, за да достигне до наблюдателя. Разсеяната светлина отново се разсейва от атмосферата и по-малко синя светлина достига до очите на наблюдателя. Следователно цветът на небето близо до хоризонта изглежда по-блед или дори изглежда напълно бял.
Защо пространството е черно?
В открития космос няма въздух. Тъй като няма препятствия, от които светлината да се отразява, светлината пътува директно. Лъчите на светлината не се разсейват и „небето“ изглежда тъмно и черно.
атмосфера.
Атмосферата е смес от газове и други вещества, които обграждат Земята под формата на тънка, предимно прозрачна обвивка. Атмосферата се задържа на място от земната гравитация. Основните компоненти на атмосферата са азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и въглероден диоксид (0,03%). Атмосферата също така съдържа малки количества вода (на различни места концентрацията й варира от 0% до 4%), твърди частици, газове неон, хелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Науката, която изучава атмосферата, се нарича метеорология.
Животът на Земята не би бил възможен без наличието на атмосфера, която доставя кислорода, от който се нуждаем, за да дишаме. Освен това атмосферата изпълнява още една важна функция - изравнява температурата на цялата планета. Ако нямаше атмосфера, тогава на някои места на планетата можеше да има цвъртяща топлина, а на други места екстремен студ, температурният диапазон можеше да варира от -170°C през нощта до +120°C през деня. Атмосферата също ни предпазва от вредното лъчение от Слънцето и космоса, като го абсорбира и разпръсква.
Структурата на атмосферата
Атмосферата се състои от различни слоеве, разделянето на тези слоеве става според тяхната температура, молекулен състав и електрически свойства. Тези слоеве нямат ясно определени граници, те се променят сезонно и освен това техните параметри се променят на различни географски ширини.
Хомосфера
- Долните 100 км, включително тропосферата, стратосферата и мезопаузата.
- Съставлява 99% от масата на атмосферата.
- Молекулите не се разделят по молекулно тегло.
- Съставът е доста хомогенен, с изключение на някои малки локални аномалии. Хомогенността се поддържа чрез постоянно смесване, турбулентност и турбулентна дифузия.
- Водата е един от двата компонента, които са неравномерно разпределени. Докато водната пара се издига, тя се охлажда и кондензира, след което се връща към земята под формата на валежи - сняг и дъжд. Самата стратосфера е много суха.
- Озонът е друга молекула, чието разпределение е неравномерно. (Прочетете по-долу за озоновия слой в стратосферата.)
Хетеросфера
- Простира се над хомосферата и включва термосферата и екзосферата.
- Разделянето на молекулите в този слой се основава на техните молекулни тегла. По-тежките молекули като азот и кислород са концентрирани в долната част на слоя. По-леките, хелият и водородът, преобладават в горната част на хетеросферата.
Разделяне на атмосферата на слоеве в зависимост от техните електрически свойства.
Неутрална атмосфера
- Под 100 км.
йоносфера
- Приблизително над 100 км.
- Съдържа електрически заредени частици (йони), получени от абсорбцията на ултравиолетова светлина
- Степента на йонизация се променя с надморската височина.
- Различните слоеве отразяват дълги и къси радиовълни. Това позволява на радиосигналите, пътуващи по права линия, да се огъват около сферичната повърхност на земята.
- Полярните сияния се появяват в тези атмосферни слоеве.
- Магнитосферае горната част на йоносферата, простираща се до приблизително 70 000 km надморска височина, тази надморска височина зависи от интензивността на слънчевия вятър. Магнитосферата ни предпазва от високоенергийни заредени частици от слънчевия вятър, като ги задържа в магнитното поле на Земята.
Разделяне на атмосферата на слоеве в зависимост от техните температури
Височина на горната граница тропосферазависи от сезоните и географската ширина. Простира се от земната повърхност до надморска височина от приблизително 16 km на екватора и до надморска височина от 9 km на северния и южния полюс.
- Префиксът "тропо" означава промяна. Промените в параметрите на тропосферата възникват поради метеорологичните условия - например поради движението на атмосферните фронтове.
- С увеличаване на надморската височина температурата пада. Топлият въздух се издига, след това се охлажда и пада обратно към Земята. Този процес се нарича конвекция, възниква в резултат на движението на въздушните маси. Ветровете в този слой духат предимно вертикално.
- Този слой съдържа повече молекули от всички останали слоеве взети заедно.
Стратосфера- простира се от приблизително 11 km до 50 km надморска височина.
- Има много тънък слой въздух.
- Префиксът "страто" се отнася до слоеве или разделяне на слоеве.
- Долната част на стратосферата е доста спокойна. Реактивните самолети често летят в долната стратосфера, за да избегнат лошото време в тропосферата.
- В горната част на стратосферата има силни ветрове, известни като струйни потоци на голяма надморска височина. Те духат хоризонтално със скорост до 480 км/ч.
- Стратосферата съдържа "озоновия слой", разположен на надморска височина от приблизително 12 до 50 km (в зависимост от географската ширина). Въпреки че концентрацията на озон в този слой е само 8 ml/m 3, той е много ефективен при абсорбирането на вредните ултравиолетови лъчи от слънцето, като по този начин защитава живота на земята. Молекулата на озона се състои от три кислородни атома. Молекулите на кислорода, които дишаме, съдържат два кислородни атома.
- Стратосферата е много студена, с температура приблизително -55°C на дъното и нарастваща с надморската височина. Повишаването на температурата се дължи на поглъщането на ултравиолетовите лъчи от кислорода и озона.
Мезосфера- простира се до надморска височина от около 100 km.
Всеки знае, че в зависимост от небесната точка, в която наблюдаваме Слънцето, цветът му може да варира значително.
Например в зенита е бяло, при залез е червено, а понякога дори пурпурно. Всъщност това е само привидно - не се променя цветът на нашата звезда, а нейното възприемане от човешкото око. Защо се случва това?
Слънчевият спектър е комбинация от седем основни цвята - спомнете си дъгата и известната поговорка за ловеца и фазана, с помощта на която се определя последователността на цветовете: червено, жълто, зелено и така до лилаво.
Но в атмосфера, пълна с разнообразие от различни видове аерозолни суспензии (водна пара, прахови частици), всеки цвят се разпръсква по различен начин. Например виолетовото и синьото се разпръскват най-добре, докато червеното по-зле. Това явление се нарича дисперсия на слънчевата светлина.
Причината е, че цветът по същество е електромагнитна вълна с определена дължина. Съответно различните вълни имат различна дължина. И окото ги възприема в зависимост от дебелината на атмосферния въздух, който го отделя от източника на светлина, тоест Слънцето.
Тъй като е в зенита, той изглежда бял, защото слънчевите лъчи падат върху повърхността на Земята под прав ъгъл (разбира се, мястото на повърхността, където се намира наблюдателят), и дебелината на въздуха, която влияе върху пречупването на лек, е сравнително малък. За бял човек изглежда като комбинация от всички цветове наведнъж.
Между другото, небето също изглежда синьо поради дисперсията на светлината: тъй като сините, виолетовите и циан цветовете, които имат най-къси дължини на вълните, се разпръскват в атмосферата много по-бързо от останалата част от спектъра. Тоест, предавайки червени, жълти и други лъчи с по-дълги вълни, атмосферните частици вода и прах разпръскват сини лъчи, които придават цвета на небето.
Колкото повече Слънцето прави обичайното си ежедневно пътуване и се спуска към хоризонта, толкова по-голяма е дебелината на атмосферния слой, през който трябва да преминат слънчевите лъчи, и толкова повече те се разпръскват. Най-устойчив на разсейване е червеният, тъй като има най-голяма дължина на вълната. Следователно само тя се възприема през очите на наблюдател, който гледа към залязлото тяло. Останалите цветове на слънчевия спектър са напълно разпръснати и абсорбирани от аерозолната суспензия в атмосферата.
В резултат на това има пряка зависимост на разсейването на спектралните лъчи от дебелината на атмосферния въздух и плътността на суспензията, която съдържа. Ярки доказателства за това могат да се наблюдават в глобалните емисии в атмосферата на вещества с по-голяма плътност от въздуха, например вулканичен прах.
И така, след 1883 г., когато се случи известното изригване на вулкана Кракатау, доста дълго време на различни места на планетата можеха да се видят червени залези с изключителна яркост.