Почему небо меняет цвет? Почему небо голубое днем, красное во время восхода/захода солнца и черное ночью?
Ключевые слова здесь — рэлеевское рассеяние . См. также рассеянное излучение неба .
Но гораздо проще, это связано с тем, как солнечный свет взаимодействует с молекулами воздуха. Синий свет рассеивается больше, чем красный, поэтому днем, когда мы смотрим на участки неба, удаленные от солнца, мы видим больше синего, чем красного. Во время заката или восхода большая часть солнечного света падает на землю под острым углом, поэтому сейчас синий свет в основном рассеивается, и мы видим в основном красный свет.
Вот мой старый текст «Смешайте свою собственную отражательную туманность», описывающий связанный эксперимент:
«Физический процесс, вызывающий голубой цвет пылевых туманностей (таких, как в Плеядах), можно продемонстрировать с помощью великолепного эксперимента, упомянутого в «Фейнмановских лекциях по физике» . Вам понадобится всего лишь химический стакан (или обычный стакан) и два обычных химических вещества. , разбавленная серная кислота ( ) и тиосульфат натрия ( ) — гипо, применяемый в фотографии для фиксации проявленных пленок. Будьте осторожны при обращении с кислотой – хотя она и разбавлена, она все же едкая. Другим небольшим недостатком демонстрации является то, что эта химическая реакция производит вонючий оксид серы, но, к счастью, в незначительном количестве.
Если смешать три чайные ложки тиосульфата на один литр воды и добавить дюжину капель кислоты, то получится бесцветная прозрачная жидкость, внешне ничем не примечательная. Однако через несколько секунд он становится светло-голубым. Цвет сначала становится ярче, затем тускнеет, и, наконец, жидкость приобретает молочный вид, становится мутной и белой (если она желтая, то либо раствор кислоты, либо тиосульфата были слишком концентрированными и опыт следует повторить).
Эти изменения обусловлены рассеянием белого света на крупинках серы, которые удаляются из смеси и постепенно увеличиваются в размерах. Вначале они крошечные и интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени его длины волны. Это означает, что синий свет с длиной волны 450 нм предпочтительнее красного света, который обычно имеет длину волны 650 нм, в несколько раз. , примерно 4,4. Тот же процесс, называемый рэлеевским рассеянием, отвечает за небесно-голубой цвет земной атмосферы. В этом случае солнечный свет рассеивается на неоднородностях другого типа — микроскопических флуктуациях плотности, возникающих в результате хаотического теплового движения молекул. Когда размеры пылинок становятся сравнимыми с длиной волны, рассеяние все еще избирательно, но уже не так сильно. Приблизительно интенсивность рассеянного света теперь обратно пропорциональна самой длине волны. Это относится к пылинкам в отражательных туманностях и сигаретному дыму. В конце концов, зерна серы настолько велики, что больше не благоприятствуют какой-либо конкретной длине волны оптического спектра, и рассеянный свет становится белым. Повседневный пример — капли воды в залитых солнцем облаках.
Чтобы демонстрация была действительно впечатляющей, поместите стакан на проектор и закройте остальную часть листом непрозрачного картона, оставив в нем отверстие, подходящее для дна стакана. Такое расположение обеспечивает идеальное освещение, так как позволяет наблюдать, как свет, проходящий через раствор, появляется на экране в виде яркого пятна. Все больше обедняясь синей составляющей, которая рассеивается в сторону, она меняется от белой через желтую и оранжевую к красной и, наконец, угасает, как солнце, садящееся в вечернюю дымку. Подобное покраснение (на самом деле удаление синевы, как указывает Дэвид Малин) влияет на свет звезд, наблюдаемый сквозь межзвездную пыль».
Я боюсь, что кодоскопы, оптическое устройство, часто использовавшееся лекторами в 1990-х годах, когда была написана эта статья, ушли в прошлое. Есть идеи замены?
Рэлеевское рассеяние — это один из элементов решения, как объяснил jc .
Однако, когда в воздухе есть пыль (например, после того, как вулкан выбросил в небо огромное количество крошечных частиц камня, как это произошло с Эйяфьятлайокудль , или из-за частиц песка или дыма), вы могли заметить, что закаты случаются быть более красочным.
Это вызвано другим родственным эффектом рассеяния света, известным как эффект Тиндаля .
Поскольку солнце находится низко над горизонтом, солнечный свет проходит через больше воздуха на закате и восходе солнца, чем в течение дня, когда солнце находится выше в небе. Больше атмосферы означает больше молекул, рассеивающих фиолетовый и синий свет от ваших глаз. Если путь достаточно длинный, весь синий и фиолетовый свет рассеивается за пределами вашего поля зрения. Другие цвета продолжают свой путь к вашим глазам. Вот почему закаты часто бывают желтыми, оранжевыми и красными.
И поскольку у красного цвета самая длинная длина волны среди всех видимых лучей, солнце красное, когда оно находится на горизонте, где его чрезвычайно длинный путь через атмосферу блокирует все другие цвета.
Я хотел бы отметить это видео от minutephysics: https://www.youtube.com/watch?v=R5P6O0pDyMU
пока лучшее и простое объяснение цвета неба. Он учитывает также теорию цвета (конечно, не физику элементарных частиц) и не только рассеяние.
Хишам