Небо пребывает под нашим пристальным вниманием, даже если мы этого не осознаем. Оно разное днём и ночью, на рассвете и закате, в определенные сезоны. Все его состояния имеют научное объяснение.
Голубым небо делает солнечный свет
Что такое небо? Это пространство над поверхностью нашей планеты, а также пространство над другими астрономическими объектами, которое отличается от земного. Проще говоря, небо — это панорама, которая открывается при взгляде с поверхности планеты в сторону космоса.
У привычного для землян неба голубой цвет. На него влияет атмосфера планеты Земля и свет, который она получает от Солнца. Солнечный свет содержит весь спектр электромагнитного излучения (7 цветов) — красные, оранжевые, желтые, зелёные, голубые, синие и фиолетовые волны. Вместе они сливаются в белый цвет. При этом красные волны самые длинные, фиолетовые — самые короткие.
Почему небо голубое? Входя в атмосферу Земли, солнечные лучи сталкиваются с молекулами газов, пылью и другими мельчайшими частицами. Первыми от потока света начинают отделяться самые мелкие и короткие волны. Они сталкиваются с частицами воздуха, которые их не удерживают и отражают в разных направлениях. Как отмечает сайт NASA Space Place, больше других отражаются мелкие короткие волны фиолетового, синего, голубого спектра. Глаз человека хуже воспринимает фиолетовый, чем синий цвет, поэтому мы видим небо голубым.
Из стратосферы небо кажется черным
Процессы взаимодействия солнечных лучей и частиц атмосферы назвали рассеиванием света. Его изучал британский учёный лорд Рэлей, в честь которого явление названо рассеиванием Рэлея. В 1871 году он установил, что рассеивание света зависит от размера частиц воздуха и длины падающих волн. На основании своих исследований Рэлей сделал вывод, что синий свет рассеивается приблизительно в 9 раз сильнее, чем красный, поэтому в небе преобладает именно голубой свет.
Длинные красные, желтые, зелёные волны почти не рассеиваются мелкими частицами воздуха. Сайт научных курьёзов Sci Jink подтверждает, что дальше в атмосферу они проходят вместе и поэтому остаются почти белыми. Такими они и воспринимаются глазом человека, то есть мы их практически не видим.
Солнечные лучи ночью не пронизывают атмосферу, поэтому нет и рассеивания света. Этим объясняется то, что небо ночью чёрное и на нём хорошо видны Луна и звезды.
Чем выше подниматься в атмосферу, тем темнее будет выглядеть небо. Из стратосферы его видят всегда почти черным, потому что здесь первыми рассеиваются самые короткие фиолетовые лучи. Ближе к поверхности Земли рассеиваются синие, затем голубые волны.
На рассвете и закате солнца небо краснеет
Утром солнце поднимается над розовым или почти красным горизонтом. Вечером закат тоже сопровождается разными красочными эффектами в западной части неба. Эти явления с научной точки зрения объясняются довольно просто: цвет неба зависит от взаимодействия атмосферы и солнечных лучей.
Когда солнце высоко в небе, его лучи пробиваются через атмосферу планеты толщиной около 150–160 км. Поднимаясь над горизонтом, лучам приходится преодолевать гораздо большее расстояние в атмосфере, прежде чем они дойдут до наблюдателя. К обычной толщине атмосферного воздуха прибавится по прямой от горизонта ещё и расстояние радиуса планеты, который превышает 6 тыс. км.
Сайт NASA Space Place утверждает, что на этом длинном пути молекулы воздуха множество раз перерассеивают синие волны света во многих направлениях и их большая часть теряется. Остаются длинные волны красного, желтого, оранжевого света, которые достигают глаз человека. Поэтому он видит красивый рассвет. При дальнейшем движении солнца к зениту оно пробивает все меньшие слои атмосферы, где процесс рассеивания света окрашивает небо в голубой цвет.
Небо когда-то было оранжевым
Небо над Землей не всегда было голубым, о чём сообщает сайт старейшего журнала о географии National Geographic. В ранний период формирования нашей планеты, 2,5 млрд лет назад, атмосфера была токсичной. Её окутывали туманы, образованные ядовитыми парами угарного и углекислого газов, метана. Метан хорошо отражал длинные световые волны, поэтому небо над молодой планетой было оранжевым. Все изменили появившиеся бактерии, которые жили за счёт фотосинтеза и насыщали атмосферу другими газами, прежде всего кислородом. Атмосфера стала пригодной для жизни, а небо приобрело голубой цвет.
Часто на небе мы наблюдаем то белые облака, то серые тучи. Облака состоят из капель воды, которые больше молекул воздуха, имеют разные размеры, но всегда крупнее длины световых волн — и фиолетовых, и красных. При этом каждая капля имеет свою форму и по-своему преломляет волны света. В результате до глаз человека доходит просто белый цвет, а облака по этой причине мы видим белыми.
Если облаков очень много, то в них собирается больше водяных капель. При этом они поглощают большую часть света, которая до земли не доходит, а небо выглядит серым и тяжелым. Такой эффект наблюдается осенью.
На других планетах небо иное
В космосе нет ничего, что бы рассеивало солнечные лучи. Свет Солнца проходит по прямой, все цвета его излучения остаются вместе, поэтому само светило имеет яркий белый цвет. В стороне от него — чёрное пустое пространство. Таким выглядит и небо на тех астрономических объектах, которые не имеют атмосферы — на Меркурии, на Луне. Небо здесь чёрное, звезды видны всегда.
В атмосфере Марса много пыли, оксидов железа, углекислого газа. Они лучше рассеивают красный свет, поэтому небо на этой планете или желто-коричневое, или красновато-розовое. Но марсианские рассветы и закаты синие и серо-голубые. Венера имеет очень плотную атмосферу, в которой много серной кислоты. Небо над ней желто-оранжевого цвета, на котором невозможно различить даже диск Солнца.
На газовых планетах-гигантах нет плотной поверхности. Предполагается, что над Юпитером, Ураном, Нептуном небо должно быть темно-голубого цвета, а над Сатурном оно желтое.
Взаимодействие частиц атмосферы и солнечных лучей по-разному окрашивает небо. Люди хотят видеть его только чистым и мирным.
