Почему небо никогда не бывает зеленым? Он может быть синим или оранжевым, а зеленый находится между ними!

Небо не пропускает зеленый диапазон частот. Небо зеленое . Удалите рассеянный свет от Солнца, Луны и даже звездного света, если хотите, и у вас останется нечто, называемое свечением воздуха (пройдите по ссылке, это потрясающе, отличные фотографии и хорошее объяснение).

Поскольку ссылка так хорошо объясняет свечение воздуха, я пропущу мельчайшие детали.

Так что вы можете подумать: «Джим, ты полусумасшедший потолочный вентилятор, все знают, что ночное небо черное!» Ну, ты прав только наполовину. Ночное небо не черное. Ссылка выше объясняет науку об этом, но если этого недостаточно, попробуйте вспомнить время, когда вы могли быть в сельской местности. Никаких ярких городских огней, только ночное небо и деревья. Теперь, когда вы смотрите на горизонт, видите ли вы деревья? Да, это черные силуэты на фоне ночного неба. Но как можно было увидеть черное на черном? Ночное небо не черное. Он зеленый благодаря свечению воздуха (или, если вы находитесь рядом с городом, оранжевый из-за светового загрязнения).

Стоп, пришло время картинок. Вот вид ночного неба над атмосферой из Википедии:

И один из ссылки, которую я разместил, на всякий случай, если вы не проверили это:

Видишь, не беспокойся о зелени. Небо все время становится зеленым.

Обратите внимание: то, что мы воспринимаем как цвет, — довольно сложная тема. Это другой вопрос, который неоднократно задавали и на него отвечали на этом сайте. Согласно типичной реакции человеческого глаза, солнечный свет в верхних слоях атмосферы настолько «белый», насколько «белый» может быть.

Часть этого падающего солнечного света отражается обратно в космос, часть поглощается атмосферой, а часть рассеивается атмосферой. Существует два основных вида рассеяния: Рэлеевское рассеяние, при котором высокочастотный свет (фиолетовый и синий) избирательно рассеивается в большей степени, чем низкочастотный (красный), и рассеяние Ми, при котором свет более или менее равномерно рассеивается по всему спектру. Рэлеевское рассеяние — явление ясного неба. Рассеяние Ми происходит, когда маленькие капли воды взвешены в воздухе (например, облака).

Небо голубое в полдень в ясный день из-за рэлеевского рассеяния. Атмосфера избирательно преломляет фиолетовую/синюю часть спектра. Претерпев большое количество таких преломлений, часть этого преломленного света падает на землю. Результат: голубое небо. Обратите внимание, что мы бы видели белое Солнце на черном фоне, если бы этого преломления не происходило. Именно это видят космонавты и космонавты в космосе.

На восходе и закате фиолетовая, синяя и зеленая части падающего солнечного света почти исчезают. Результат: мы видим довольно красноватое солнце. Мы по-прежнему видим преимущественно голубое небо даже на восходе и закате. Только на горизонте мы видим красноватое небо. Рэлеевское рассеяние также влияет на красный свет, но не так сильно. Это красное небо частично является результатом рэлеевского рассеяния. Высоковолновый свет рассеивается. Красный свет, в гораздо меньшей степени. Красноватый солнечный свет, который проходит через сотни километров восхода/заката неба, в конечном итоге также рассеивается, поэтому мы видим этот красноватый свет как красноватое небо. Небольшая облачность делает восходы и закаты еще лучше, потому что теперь также может происходить рассеяние Ми.

Что касается зеленого, вы можете увидеть зеленоватое небо на восходе/закате. Часто бывает узкая полоса между голубым небом вдали от горизонта и красным небом у горизонта, где небо кажется зеленоватым.

Вышеупомянутое явление — явление ясного неба, и только узкая полоса неба кажется зеленой. Может произойти редкое событие, когда все небо кажется зеленым. Это называется зеленой грозой. Это происходит, когда гроза происходит в нужное время дня, с нужной высотой облаков и правильным освещением. Это может сделать все небо, а не только тонкую полосу, серовато-зеленым, а иногда и очень зеленым.

Обновление: зеленая вспышка

Вот фото зеленой вспышки:

Зеленые вспышки — это мираж. Это реальные эффекты; они не оптическая иллюзия.

Есть разница между миражом и оптической иллюзией. Проезжая по черной асфальтовой дороге в ясный жаркий летний день, вы, возможно, видели, что дорога впереди покрыта мерцающей водой. Это комбинация миража (реальный эффект) и оптической иллюзии (ваш мозг неправильно интерпретирует то, что вы видите). Реальный эффект заключается в том, что атмосферное преломление приводит к тому, что вы видите отражение воздуха на дороге. Отражение какое угодно, только не ровное. Дорога горячая, такая горячая, что на ней можно пожарить яичницу, и это приводит к атмосферным возмущениям прямо над асфальтом. В результате отражение получается довольно неравномерным и меняется со временем. Это заставляет отражение казаться мерцающим. Отражение и мерцание: это настоящие эффекты. Вы можете сфотографировать их, вы можете объяснить их с помощью физики.

Зеленые вспышки лучше всего видны там, где Солнце восходит или садится над океаном, по ряду причин. Одна из них — плоскость горизонта. Вы должны быть в состоянии «увидеть» Солнце до того, как оно взошло / после того, как оно зашло. Другое дело — высокая теплопроводность воды по отношению к суше. Это помогает создавать локальные термические колебания у поверхности (аналогично описанному выше черному асфальту).

Одна форма зеленой вспышки возникает, когда поверхность океана теплее, чем воздух над ней. Это приводит к вспышке нижнего миража, которая длится около секунды. Это происходит через мгновение после того, как кажется, что вершина Солнца соскользнула за горизонт на закате, или всего за мгновение до того, как вершина Солнца покажется на восходе.

Другая форма зеленой вспышки возникает, когда поверхность океана холоднее, чем воздух над ней. Это приводит к вспышке имитации миража, которая длится около секунды. Это происходит всего за мгновение до того, как вершина Солнца покажется сползающей за горизонт на закате, или сразу после того, как вершина Солнца появится на восходе.

Третья форма возникает, когда над наблюдателем наблюдается сильная инверсия температуры атмосферы. Это приводит к вспышке субдукта, когда иногда кажется, что значительная часть Солнца отщепляется от заходящего/восходящего Солнца и становится зеленой. Эта форма длится значительно дольше, чем первые две формы.

Было сделано несколько фотографий всех трех вышеуказанных форм. Есть еще одна последняя форма зеленой вспышки, очень редкий и очень короткоживущий зеленый луч, который, кажется, исходит из вершины зеленой вспышки. Ряд авторитетных наблюдателей сообщили об этом явлении, так что, по-видимому, оно реально. Однако ни один авторитетный наблюдатель еще не заснял это явление на фотографии.

Принятый ответ на свечение может быть технически верным, но он не отвечает на вопрос! Существование дополнительного и очень слабого источника зеленого света в атмосфере не объясняет отсутствие зеленого света в градиенте закатного неба.

Другие ответы меня тоже не удовлетворили. Единственный удовлетворительный ответ, который я смог найти, это этот . Ниже я объясняю это своими словами и добавляю свои детали. Относитесь к этому ответу как к личному мнению, а не как к источнику правды.

Таким образом, есть два основных фактора, которые способствуют синему цвету неба днем ​​и красному на закате.

Первый — релеевское рассеяние. Солнечный свет содержит все цвета, но они рассеиваются в разной степени:

Синий рассеивается первым, поэтому небо обычно голубое.

Второй фактор заключается в том, что толщина атмосферы неравномерна при измерении от точки на земле до зенита и от этой же точки на земле до горизонта:

Чем ближе солнце подходит к горизонту, тем длиннее путь проходит свет сквозь толщу атмосферы. Чем длиннее путь, тем больше рассеиваются другие цвета.

Но чем дальше цвет от синего в спектре, тем больше он склонен следовать прямолинейно через толщу атмосферы. Красный самый жесткий: даже когда он разлетается, то разлетается под малыми углами. Таким образом, вы можете видеть красный цвет только вокруг Солнца, потому что там углы наименьшие.

Но каждый цвет рассеивается под своим углом, не только синий и красный. Это означает, что мы должны видеть радужный градиент на закатном небе, но мы его не видим. Почему?

Дело в том, что зелень есть всегда, но она никогда не бывает одна. Он всегда смешивается либо с красным (образуя желтый), либо с синим (образуя бирюзовый).

Таким образом, градиент заката выглядит следующим образом: R-RG-GB-B, то есть красно-желто-бирюзово-синий. И это действительно градиент, который мы видим в небе. Синий цвет вечернего неба не чисто голубой, а бирюзовый.

Но наши глаза и мозг выполняют коррекцию цвета и все равно идентифицируют его как синий. У нас нет цветовой привязки, когда мы смотрим на небо. Если вы возьмете в руку предмет чисто синего цвета и сравните его цвет с цветом голубого неба, близкого к желтой части, вы заметите, что небо не голубое, а скорее бирюзовое (или даже аквамариновое, см. фото ниже) .

Но почему зеленый — это грязный (смешанный) цвет, а красный и синий — чистые цвета в этом градиенте? Это бессмысленно. Их надо тогда все смешать?

Ну, ответ в том, что красный и синий находятся на концах градиента и им не с чем смешиваться. Вот график зависимости цветов от интенсивности в солнечном спектре:

Если бы спектр солнца был шире (с большим количеством ультрафиолета на синей стороне и инфракрасного на красной стороне) и наши глаза могли бы регистрировать эти дополнительные цвета, градиент заката был бы таким:

I-IR-RG-GB-BU-U, то есть
инфракрасный -- инфракрасно-красный -- желтый -- бирюзовый -- сине-ультрафиолетовый -- ультрафиолетовый.

Видеть? В этом воображаемом небе нет ни чистого красного, ни чистого синего.

Обратите внимание, что даже красный цвет закатного неба технически не является чисто красным. Он по-прежнему содержит немного синего, зеленого и всех других промежуточных цветов. Вопрос только в том, какие цвета преобладают.

И, наконец, иногда вы действительно видите зеленый (аквамариновый) цвет в градиенте заката:

Объяснение взмаха рукой в ​​вашем вопросе называется рассеянием Рэлея.

Рэлеевское рассеяние возникает из-за электрической поляризуемости частиц. Осциллирующее электрическое поле световой волны воздействует на заряды внутри частицы, заставляя их двигаться с одной и той же частотой. Таким образом, частица становится небольшим излучающим диполем, излучение которого мы видим как рассеянный свет.

Тогда возникает вопрос, почему бы не видеть небо зеленым, а не голубым?

Рэлеевское рассеяние обратно пропорционально четвертой степени длины волны, поэтому фиолетовый и синий свет с более короткой длиной волны будут рассеивать больше, чем более длинноволновый (желтый и особенно красный свет). Однако Солнце, как и любая звезда, имеет свой собственный спектр, поэтому I0 в приведенной выше формуле рассеяния не является постоянной величиной, а убывает в фиолетовой области. Кроме того, кислород в атмосфере Земли поглощает длины волн на краю ультрафиолетовой области спектра. Полученный цвет, который кажется бледно-голубым, на самом деле представляет собой смесь всех рассеянных цветов, в основном синего и зеленого.И наоборот, если взглянуть на солнце, цвета, которые не были рассеяны, — более длинные волны, такие как красный и желтый свет, — видны непосредственно, придавая самому солнцу слегка желтоватый оттенок. Однако если смотреть из космоса, небо черное, а солнце белое.

Курсив мой. Здесь вступает восприятие цвета из физиологии сетчатки, и это уже не вопрос физики, а вопрос о том, как колбочки в сетчатке интерпретируют падающие спектральные частоты.

Покраснение солнечного света усиливается, когда солнце находится у горизонта, потому что объем воздуха, через который должен пройти солнечный свет, значительно больше, чем когда солнце находится высоко в небе. Таким образом, усиливается эффект рассеяния Рэлея, удаляя практически весь синий свет с прямого пути к наблюдателю. Оставшийся нерассеянный свет в основном имеет большую длину волны и поэтому кажется оранжевым.

Поэтому я предполагаю, что мы интерпретируем «синий», даже когда с ним смешивается зеленый (как мы интерпретируем белый, когда смешиваются все цвета), и это вопрос восприятия.

Зеленую вспышку также можно объяснить рассеянием и разницей в длинах волн синего и зеленого. Вот ссылка с фотографиями. Я подозреваю, что физиология глаза также играет роль в восприятии.

Интересно, что вспышки не всегда зеленые, вот интересный анализ этого процесса преломления.

Я пролистал ответы в надежде найти хотя бы один с диаграммой цветности, но их нет, поэтому пишу свой.

Краткий ответ: просто неверно, что цвета расположены в линию и что для перехода от синего к оранжевому нужно пройти через зеленый. Это не относится ни к психологическим цветам, ни к физическим цветам (электромагнитным волнам).

Вот диаграмма цветности CIE xy, на которой приблизительное расположение небесно-голубого и «небесно-оранжевого» обведено.

(Я сделал это, найдя в Интернете несколько фотографий неба, которые выглядели реалистично, применил к ним пипетку, преобразовал цвета sRGB в CIE xy, а затем разместил круги вручную. У меня нормальное цветовое зрение, и я использовал монитор IPS. с точным цветом sRGB, но все же круги следует считать очень приблизительными.)

Координаты CIE xy являются рациональными линейными функциями физического спектра, а это означает, что линейная интерполяция между двумя физическими спектрами дает вам только воспринимаемые цвета, лежащие на прямом отрезке между этими цветами на диаграмме xy. Итак, если предположить, что переход от полудня к сумеркам примерно линейный, мы ожидаем, что промежуточные цвета будут в розоватом диапазоне, на противоположной стороне белой точки от зеленого. Небольшое отклонение от линейности может дать бледно-зеленый цвет, но для получения очень насыщенного зеленого потребуется большая нелинейность.

Вы также можете понять это, подумав непосредственно о спектрах. Спектр небесно-голубого имеет (по сравнению с нейтральным белым) больше света на высоких частотах, меньше на низких частотах и ​​промежуточное количество на промежуточных частотах. Спектр небесно-оранжевого примерно противоположен этому. В природе не так много процессов, изменяющих частоту света, и ни один из них не участвует в определении цвета неба, поэтому при моделировании плавного перехода от одного из этих спектров к другому следует моделировать его как действующее независимо на каждой частоте. При переходе от синего к оранжевому высокие частоты начинаются ярко, заканчиваются тусклыми и находятся между ними. С низкими частотами все наоборот. Средние частоты начинаются со средней интенсивности, заканчиваются со средней интенсивностью, и, вероятно, средней интенсивности между ними. Таким образом, точка посередине между пиком фиолетового и пиком красного не является пиком зеленого; это, скорее, более или менее плоский спектр. У него может быть достаточно пика в середине, чтобы казаться бледно-зеленым, или достаточно впадины, чтобы казаться розовым, но нет причин ожидать ярко-зеленого (или ярко-пурпурного).

Единственный способ правдоподобно получить яркий воспринимаемый зеленый цвет в атмосфере — это частотно-зависимая дифракция, то же самое явление, которое дает вам радугу. Это то, что вызывает зеленые вспышки, как вы можете видеть в прекрасной симуляции Эндрю Янга , особенно в этой .

Существует одно физическое явление, при котором плавный переход от ярко-синего к ярко-оранжевому проходит через яркие промежуточные цвета радуги, и это доплеровский сдвиг. Но доплеровский сдвиг такой величины требует относительных скоростей, составляющих значительную часть скорости света. Это не то, что происходит в атмосфере.

Солнце технически зеленое, потому что пик его спектра черного тела находится вблизи зеленых длин волн. Когда свет рассеивается параллельно плоскости падения (т. е. в дневное время), он смещается в синий цвет. Когда свет рассеивается перпендикулярно плоскости падения (т. е. на закате или восходе солнца), он смещается в красную сторону. Свет, который не рассеивается, но эффективно проходит сквозь него, не смещается по длине волны. Один из моих профессоров астрономии объяснил, что причина, по которой солнце кажется нам желтым (а не зеленым), во многом связана с реакцией наших глаз. Несмотря на это, когда солнечный свет рассеивается, он имеет тенденцию отдаляться от зеленого, поскольку большая его часть уже зеленая.

(забавное примечание: растения раньше были красными, поэтому поглощали больше зеленого света… хотя теперь я забыл, почему они эволюционировали, чтобы стать зелеными, и теперь отражают большую часть солнечного света)

На изображении 1 показан солнечный спектр, часть видимого света показана цветом. Изображение можно найти здесь .