Колір неба
На нашому сайті ви вже могли прочитати, що таке колір. Але скільки існує різних кольорів, які роблять навколишні речі кольоровими? І на багато таких питань вже можна відповісти. Наприклад, пояснити колір неба.
Для початку потрібно буде згадати про великого Ісаака Ньютона, який спостерігав розкладання білого сонячного світла при проходженні через скляну призму. Те, що він побачив, тепер називається явищем дисперсії, а сама різнобарвна картина - спектр. Отримані кольори точно відповідали кольорам веселки. Тобто Ньютон спостерігав веселку в лабораторії! Саме завдяки його дослідам наприкінці 18 століття було встановлено, що біле світло є сумішшю різних кольорів. Причому той самий Ньютон довів, що якщо розкладене в спектр світло знову змішати, то вийде біле світло. У 19 столітті було показано, що світло - це електромагнітні хвилі, що поширюються з величезною швидкістю в 300 000 км/с. А вже на початку минулого століття ці знання були доповнені ідеєю кванта світла – фотона. Таким чином, світло має подвійну природу – і хвилі, і часточки. Це об'єднання стало поясненням багатьох явищ, зокрема, спектра теплового випромінювання нагрітих тіл. Таких, яким є і наше Сонце.
Після такого вступу настав час перейти до нашої теми. Блакитний колір неба... Хто не захоплювався ним хоча б кілька разів у житті! Але чи так просто сказати, що в усьому виною розсіювання світла в атмосфері? А чому тоді колір неба не блакитний при світлі повного місяця? А чому блакитний колір не однаковий на всіх ділянках небосхилу? А що трапляється з кольором неба при сході та заході Сонця? Адже воно може бути і жовтого, і рожевого, і навіть зеленого кольору. Але все ж таки це особливості розсіювання. Тож розглянемо його докладніше.
Пояснення кольору неба та його особливостей належить англійському фізику Джону Вільяму Релею, який вивчав розсіювання світла. Саме він зазначив, що колір неба визначається залежністю розсіювання від частоти світла. Випромінювання Сонця, потрапляючи в атмосферу Землі, взаємодіє з молекулами газів , що входять до складу повітря. Оскільки енергія світлового кванта - фотона збільшується із зменшенням довжини світлової хвилі, найбільш сильний вплив на молекули газів, точніше – на електрони у тих молекулах, надають фотони блакитної і фіолетової частини світлового спектра. Прийшовши у вимушені коливання, електрони віддають у вигляді фотона випромінювання взяту у світлової хвилі енергію. Тільки ці вторинні фотони вже випромінюються в усіх напрямках, а не тільки в напрямку світла. Це буде процесом розсіювання світла. Крім цього, слід враховувати і постійний рух повітря, і флуктуацію його густини. Інакше ми спостерігали б чорне небо.
А тепер повернемось до теплового випромінювання тіл. Енергія у його спектрі розподілена нерівномірно і описується з урахуванням законів, встановлених німецьким фізиком Вільгельмом Віном. Так само нерівномірним за енергіями фотонів буде і спектр нашого Сонця. Тобто фотонів фіолетової його частини буде набагато менше, ніж фотонів із блакитної і тим більше синьої. Якщо врахувати ще фізіологію зору, а саме максимальну чутливість нашого ока до синьо-зеленого кольору, то ми отримуємо небо блакитного або синього кольору.
Слід врахувати, що чим довший шлях сонячного променя в атмосфері, тим менше в ньому залишається фотонів, що не провзаємодіяли, з блакитної та синьої області спектру. Тому колір неба нерівномірний, а ранковий або вечірній кольори жовто-червоні через велику дорогу світла через атмосферу. Крім цього, пил, дим, інші частинки, що містяться у повітрі, також сильно впливають на розсіювання світла в атмосфері. На цю тему можна згадати знамениті лондонські картини Клода Моне. Або спогади про катастрофу 1883 року, що трапилася під час виверження вулкана Кракатау. Попіл від виверження, що потрапив в атмосферу, зумовив синюватий колір Сонця в багатьох країнах тихоокеанського регіону, а також червоні зорі, що спостерігалися по всій землі. Але ці ефекти вже пояснюються іншою теорією – теорією розсіювання на частках, порівнянних із довжиною світлової хвилі. Цю теорію запропонував світові німецький фізик Густав Мі. Головна ідея її – такі частинки внаслідок своїх відносно великих розмірів сильніше розсіюють червоне світло, а не синє чи фіолетове.
Таким чином, колір неба – не просто джерело натхнення для поетів та художників, а наслідок тонких фізичних законів, які вдалося розкрити людському генію.
