Почему я не вижу синего цвета, рассеянного нижними слоями атмосферы земли?

Если я вас правильно понял, вы имеете в виду явление, наблюдаемое на этой картинке (из первого поиска Google ), что у горизонта цвет неба более светло-голубой (не совсем белый):

Рассеяние в атмосфере по большей части является рэлеевским рассеянием на молекулах азота и кислорода, размеры которых намного меньше длины волны.$\lambda$света, и который имеет предпочтение для прямого и обратного рассеяния. Если Солнце находится более или менее над вами, горизонт находится примерно под углом 90º, что является направлением, в котором рассеяние наименее вероятно.

Рэлеевское рассеяние имеет огромную зависимость от длины волны$\sim 1/\lambda^4$, что означает, что синий свет рассеивается намного эффективнее, чем красный свет. В первую очередь это причина голубого неба и причина красного солнца на закате.

Однако ближе к земле — на что вы смотрите, когда смотрите на горизонт — у вас больше капель воды, размер которых порядка длины волны. В этом случае рассеяние является не рэлеевским рассеянием, а более общим решением рассеяния Ми , которое не сильно зависит от длины волны. Таким образом, все цвета рассеиваются более или менее равномерно, создавая белесые блики.

(Мой первый ответ был нехорошим и не учитывал рассеяние Ми. Извините.)

Это потому, что ты недостаточно далеко смотришь . По личному опыту, требуется не менее 10 км атмосферы, чтобы создать действительно очевидную синеву (см., например, эту картинку ), а если вы не в холмистой местности, то горизонт находится всего в 5 км. Напротив, большая часть неба имеет расстояния до космоса порядка сотен километров.

Две причины:

Рассеивание разделяет красный/оранжевый и синий в разных направлениях. На закате вы увидите красные части, которых не хватает на голубом небе днем. Это не заметно для объектов рядом, потому что эти объекты окружают вас. Синий цвет одних объектов смешивается с красным цветом других.

Во- вторых, между вами и солнцем много воздуха. Атмосфера имеет толщину в несколько километров. Для сравнения, рядом с вами всего несколько метров воздуха. Поскольку каждая молекула воздуха имеет небольшой шанс рассеивать свет, вам нужно много молекул, прежде чем вы заметите значительное рассеяние.

Если вы на самом деле посмотрите на (атмосферно) рассеянный свет, вы увидите, что даже на уровне земли присутствует отчетливый синий оттенок. Как вы это видите, спросите вы? Подойдет любая старая тень — найдите какое-нибудь здание, отбрасывающее красивую большую тень, сделайте снимок приличной камерой и тщательно проанализируйте его — вы обнаружите, что синий оттенок действительно есть, как и ожидалось.

Почему это так трудно увидеть и почему все не выглядит отчетливо синим? Здесь много чего в игре:

• Небо на черном фоне. Поскольку почти весь свет, идущий с неба, рассеивается в синем цвете, небо отчетливо синее — в нем вообще нет другого цвета. Облака — это еще один способ рассеивания света, и в итоге они становятся довольно белыми — просто потому, что в отличие от рэлеевского рассеяния нет предпочтительного рассеяния различных длин волн видимого света. Это то, что вызывает кажущуюся желтизну Солнца - хотя мы называем Солнце желтой звездой, это действительно имеет значение только при сравнении с другими звездами; для земной жизни он по определению очень белый — как вы можете видеть, когда свет снова соединяется вокруг уровня земли; в полдень на вещах почти нет оттенка.
• Существуют и другие формы рассеяния на уровне земли. Во-первых, там обычно большая влажность — и капли воды вызывают рассеивание Ми, подобное облакам. Во-вторых, сама земля - ​​она ​​вызывает диффузное освещение всего того же цвета, что и падающий свет (который включает в себя прямой (желтоватый) солнечный свет, а также большую часть рассеянного голубого небесного света). Если вы поставите белую коробку на землю в полдень под прямым светом, она будет белой — это в основном то, что означает свет, это то, к чему мы пришли через естественную эволюцию зрения.
• Человеческое восприятие очень искажено. В большинстве случаев это хорошо — например, отвечает за коррекцию яркости (чтобы в полдень вы могли видеть так же хорошо, как и днем, и при прямом свете, и в тени). Более важной здесь является коррекция баланса белого — по сути, человеческое зрение автоматически адаптируется к различному цвету окружающего света и корректирует входные данные, чтобы сохранить «белизну». Проще всего это увидеть, если у вас есть камера с настраиваемым балансом белого — просто выключите ее полностью. Теперь сравните фотографии снаружи с фотографиями из освещенных помещений — вы увидите, что все несколько затемнено; внешний прямой свет в полдень очень белый, а тени голубоватые,

Если вы хотите узнать больше о том, как человеческое восприятие создает проблемы для фотографии, взгляните на фотографию SE. Камеры пытаются подражать человеческому восприятию, а не просто дают вам необработанные данные о свете — когда они не справляются с этим, вы получаете множество забавных эффектов (помните недавнее фото с золотым и синим платьем? Это также было проблемой с белым цветом). балансировка).