Почему небо голубое? Интересные факты о закате и восходе солнца От чего зависит закат

От красного до фиолетового, которые являются главными цветами спектра. Цвет, видимый глазом, объясняется длиной световой волны. Соответственно, красный цвет дает самую длинную световую , а фиолетовый – самую короткую.

Во время заката человек может наблюдать диск , быстро приближающийся к линии горизонта. При этом солнечный свет проходит через все большую толщу . Чем больше длина световой волны, тем меньше она подвержена поглощению атмосферным слоем и присутствующими в нем аэрозольными взвесями. Что пояснить этот феномен, нужно рассмотреть физические свойства синего и красного цветов, привычных оттенков неба.

Когда солнце находится в зените, наблюдатель может сказать, что небо голубое. Это связано с различиями в оптических свойствах синего и красного цветов, а именно способностей к рассеиванию и поглощению. Синий цвет поглощается сильнее красного, однако его способность к рассеиванию гораздо выше (в четыре раза) аналогичной способности красного цвета. Отношение длины волны к интенсивности света – доказанная физическая закономерность, имеющая название «рэлеевский закон синего неба».

Когда солнце находится высоко, слой атмосферы и взвесей, отделяющий небо от глаз наблюдателя, относительно небольшой, короткая волна синего цвета не поглощается полностью, а высокая способность к рассеиванию «заглушает» остальные цвета. Поэтому днем небо кажется голубым.

Когда наступает время заката, солнце начинает стремительно опускаться к линии истинного горизонта, и слой атмосферы резко увеличивается. По прошествии определенного времени слой становится настолько плотным, что синий цвет практически полностью поглощается, а красный цвет благодаря высокой устойчивости к поглощению выходит на первый план.

Таким образом, на закате небо и само светило видится человеческому глазу в различных оттенках красного, от оранжевого до ярко-алого. Следует отметить, что на восходе солнца наблюдается то же самое и по тем же причинам.

Приятно смотреть в ослепительно голубое небо или наслаждаться багровым закатом. Многие люди с удовольствием любуются красотами окружающего мира, но далеко не все понимают природу того, что они наблюдают. В частности, им трудно дать ответ на вопрос, почему небо голубое, а закат красный.

Солнце излучает чистый белый свет. Вроде бы и небо должно быть белым, но оно видится ярко-голубым. Почему так происходит?

Ученые несколько столетий не могли объяснить голубой цвет неба. Из школьного курса физики все , что белый свет с помощью призмы можно разложить на составляющие его цвета. Для их существует даже простая фраза: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Начальные слов этой фразы позволяют запомнить порядок цветов в : красный, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Ученые предположили, что голубой цвет неба вызван тем, что голубая составляющая солнечного спектра лучше всего достигает поверхности Земли, тогда как другие цвета поглощаются озоном или рассеянной в атмосфере пылью. Объяснения были достаточно интересные, но они не подтвердились опытами и расчетами.

Попытки объяснить голубой цвет неба не прекращались, и в 1899 году лорд Рэлей выдвинул теорию, наконец-то давшую ответ на этот вопрос. Выяснилось, что голубой цвет неба вызван свойствами молекул воздуха. Какое-то количество идущих от Солнца лучей без помех достигает поверхности Земли, но основная их часть поглощается молекулами воздуха. Поглощая фотоны, молекулы воздуха заряжаются (возбуждаются) и уже сами испускают фотоны. Но эти фотоны имеют другую длину волны, при этом среди них преобладают фотоны, дающие голубой цвет. Именно поэтому небо выглядит голубым: чем более солнечный стоит день и чем меньше облачности, тем более насыщенным становится этот голубой цвет неба.

Но если небо голубое, то почему во время заката оно окрашивается в багровые тона? Причина этого очень проста. Красная составная часть солнечного спектра гораздо хуже поглощается молекулами воздуха, чем остальные цвета. Днем солнечные лучи входят в атмосферу Земли под углом, напрямую зависящим от широты, на которой находится наблюдатель. На экваторе этот угол будет близок к прямому, ближе к полюсам он будет уменьшаться. По мере движения Солнца, слой воздуха, который надо пройти световым лучам, до того как достигнуть глаза наблюдателя, увеличивается – ведь Солнце уже не над головой, а клонится к горизонту. Толстый слой воздуха поглощает основную часть лучей солнечного спектра, но красные лучи достигают наблюдателя почти без потерь. Именно поэтому закат выглядит красным.

26 апреля 2012 года в небе над Москвой появились странные зеленоватые облака. Необъяснимое явление встревожило жителей столицы и взбудоражило российский интернет. Было высказано предположение, что на одном из предприятий произошла авария, которая сопровождалась выбросом в атмосферу вредных для здоровья химических веществ. К счастью, информация не подтвердилась.

Инструкция

Главный санитарный врач Российской Федерации Геннадий Онищенко заявил, что по официальным данным на химических заводах Подмосковья и близлежащих регионов аварий не было. Между тем, в некоторых районах Москвы люди действительно почувствовали себя хуже. Аллергики и астматики поняли причину этого аномального явления.

После затяжной зимы в первых числах апреля резкое потепление, вызвавшее стремительный сход снежного покрова, раннее распускание листьев на деревьях и цветение сразу нескольких их видов: березы, ольхи,

Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший – синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух – бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом – синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

В ясный солнечный день небо над нами выглядит ярко-синим. Вечером закат окрашивает небосвод в красные, розовые и оранжевые цвета. Так почему же небо голубое и что делает закат красным?

Какого цвета солнце?

Конечно солнце желтое! Ответят все жители земли и с ними будут не соглашаться жители Луны.

С Земли Солнце кажется жёлтым. Но в космосе или на Луне, Солнце казалось бы нам белым. В космосе нет атмосферы, которая рассеивает солнечный свет.

На Земле часть коротких волн солнечного света (голубой и фиолетовый цвета) поглощаются рассеянием. Оставшаяся часть спектра выглядят жёлтым цветом.

И еще в космосе небо выглядит тёмным или чёрным вместо голубого. Это результат отсутствия атмосферы, следовательно свет никак не рассеивается.

Но если спросить о цвете солнца вечером. Иногда ответ будет солнце КРАСНОЕ. Но почему?

Почему солнце на закате красное?

Когда Солнце движется к закату, то солнечному свету приходится проходить большее расстояние в атмосфере, что бы достичь наблюдателя. Меньше прямого света доходит до наших глаз и Солнце кажется менее ярким.

Так как солнечному свету приходится проходить большие расстояния, то происходит большее рассеивание. Красная часть спектра солнечных лучей лучше проходит сквозь воздух, чем синяя. И мы видим красное солнце. Чем ниже Солнце опускается к горизонту, чем больше воздушная «лупа», через которую мы его видим, и тем оно краснее.

По этой же причине Солнце кажется нам значительно большим в диаметре, чем днём: воздушный слой играет роль увеличительного стекла для земного наблюдателя.

Небо вокруг заходящего солнца может быть окрашено в разные цвета. Наиболее красивым небо бывает тогда, когда воздух содержит множество маленьких частиц пыли или воды. Эти частицы отражают свет во всех направлениях. В этом случае происходит рассеяние более коротких световых волн. Наблюдатель видит световые лучи более длинных волн, и поэтому небо кажется красным, розовым или оранжевым.

Видимый свет является разновидностью энергии, способной перемещаться через пространство. Свет от Солнца или лампы накаливания кажется белым, хотя в действительности он является смесью всех цветов. Основные цвета, из которых сложен белый цвет это красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета непрерывно переходят один в другой, поэтому кроме основных цветов имеется ещё огромное количество всевозможных оттенков. Все эти цвета и оттенки можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей в области повышенной влажности.

Воздух, заполняющий всё небо, является смесью мельчайших молекул газа и небольших твёрдых частиц, таких как пыль.

Солнечные лучи, поступая из космоса, под действием газов атмосферы начинают рассеиваться, причём происходит этот процесс по Закону рассеяния Релея. По мере продвижения света через атмосферу большая часть длинных волн оптического спектра проходит без изменений. Только незначительная часть красного, оранжевого и жёлтого цветов взаимодействует с воздухом, натыкаясь на молекулы и пыль.

Когда свет сталкивается с молекулами газа, то может произойти отражение света в различных направлениях. Некоторые цвета, например, красный и оранжевый, напрямую достигают наблюдателя, непосредственно проходя через воздух. Но большая часть синего света переотражается от молекул воздуха во всех направлениях. Таким образом происходит рассеивание синего света по всему небу и оно кажется голубым.

Однако, многие более короткие волны света поглощаются молекулами газов. После поглощения голубой цвет излучается во всех направлениях. Он рассеивается повсюду на небе. В каком бы направлении не посмотреть, часть из этого рассеянного синего света достигает наблюдателя. Так как синий свет виден повсюду над головой, то и небо выглядит голубым.

Если посмотреть в сторону горизонта, то небо будет иметь более бледный оттенок. Это является результатом того, что свет проходит большее расстояние в атмосфере до наблюдателя. Рассеянный свет снова рассеивается атмосферой, и меньше голубого цвета достигает глаз наблюдателя. Поэтому цвет неба у горизонта кажется бледнее или даже кажется совсем белым.

Почему космос черный?

В космическом пространстве отсутствует воздух. Так как там нет препятствий, от которых свет мог бы отражаться, то свет распространяется напрямую. Лучи света не рассеиваются, и «небо» выглядит тёмным и чёрным.

Атмосфера.

Атмосфера - это смесь газов и других веществ, которые окружают Землю, в виде тонкой, в основном прозрачной оболочки. Атмосфера удерживается на месте благодаря притяжению Земли. Основными компонентами атмосферы являются азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и диоксид углерода (0.03%). Так же в атмосфере содержатся в небольших количествах вода (в разных местах её концентрация колеблется от 0% до 4%), твёрдые частицы, газы неон, гелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Наука, которая изучает атмосферу, называется метеорологией.

Жизнь на Земле была бы невозможна без наличия атмосферы, которая поставляет кислород, необходимый нам для дыхания. Кроме того, атмосфера выполняет и другую важную функцию - она выравнивает температуру по всей планете. Если бы атмосферы не было, то в одних местах планеты могла бы быть испепеляющая жара, а в других местах сильнейший холод, диапазон температур мог бы колебаться от -170°C ночью до +120°C днём. Так же атмосфера защищает нас от вредного излучения Солнца и космоса, поглощая и рассеивая его.

Строение атмосферы

Атмосфера состоит из разных слоёв, разделение на эти слои происходит по их температуре, молекулярному составу и электрическим свойствам. Эти слои не имеют ярко выраженных границ, они сезонно изменяются, и кроме того их параметры меняются на разных широтах.

Гомосфера

Нижние 100 км, включая Тропосферу, Стратосферу и Мезопаузу.
Составляет 99% массы атмосферы.
Молекулы не разделяются по молекулярному весу.
Состав достаточно однороден, за исключением некоторых небольших локальных аномалий. Однородность поддерживается постоянным смешиванием, турбуленцией и турбулентной диффузией.
Вода является одним из двух компонентов, распределённых неравномерно. Когда водяной пар поднимается вверх, он охлаждается и конденсируется, возвращаясь затем на землю в виде осадков - снега и дождя. Стратосфера сама по себе очень сухая.
Озон является другой молекулой, распределение которой неравномерно. (Об озоновом слое в стратосфере читайте ниже.)

Гетеросфера

Простирается выше гомосфераы, включает в себя Термосферу и Экзосферу.
Разделение молекул этого слоя основано на их молекулярных массах. Более тяжёлые молекулы, такие как азот и кислород, концентрируются в нижней части слоя. Более лёгкие, гелий и водород, преобладают в верхней части гетеросферы.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их электрических свойств.

Нейтральная атмосфера

Ниже 100 км.

Ионосфера

Примерно выше 100 км.
Содержит электрически заряженные частицы (ионы), возникающие при поглощении ультрафиолетового света
Степень ионизации изменяется с высотой.
Различные слои отражают длинные и короткие радиоволны. Это позволяет радиосигналам, распространяющимся по прямой, огибать сферическую поверхность земли.
В этих атмосферных слоях происходят полярные сияния.
Магнитосфера является верхней частью ионосферы, простирающейся примерно до высоты 70000 км, эта высота зависит от интенсивности солнечного ветра. Магнитосфера защищает нас от заряженных частиц высоких энергий солнечного ветра, удерживая их в магнитном поле Земли.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их температур

Высота верхней границы тропосферы зависит от сезонов и широты. Она простирается от земной поверхности до высоты примерно 16 км у экватора, и до высоты 9 км на Северном и Южном полюсах.

Префикс «тропо» означает изменения. Изменение параметров тропосферы происходит из-за погодных условий - например, из-за перемещения атмосферных фронтов.
С увеличением высоты температура падает. Тёплый воздух поднимается вверх, затем охлаждается и спускается обратно на Землю. Этот процесс называется конвекцией, он возникает в следствии движения воздушных масс. Ветры в этом слое дуют преимущественно вертикально.
Этот слой содержит больше молекул, чем все другие слои, вместе взятые.

Стратосфера - простирается примерно от высоты 11 км до 50 км.

Имеет очень тонкий слой воздуха.
Префикс «страто» относится к слоям или разделению на слои.
Нижняя часть Стратосферы довольно спокойная. Реактивные самолёты часто летают в нижней части Стратосферы для того, что бы обойти плохую погоду в Тропосфере.
В верхней части Стратосферы дуют сильные ветры, известные как высотные струйные течения. Они дуют горизонтально со скоростями до 480 км/час.
Стратосфера содержит «озоновый слой», расположенный на высоте примерно 12 до 50 км (в зависимости от широты). Хотя концентрация озона в этом слое всего 8 мл/м 3 , он очень эффективно поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца, тем самым защищая жизнь на земле. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода. Молекулы кислорода, которыми мы дышим, содержат два атома кислорода.
Стратосфера очень холодная, её температура составляет примерно -55°C в нижней части и возрастает с высотой. Увеличение температуры связано с поглощением ультрафиолетовых лучей кислородом и озоном.

Мезосфера - простирается до высот примерно 100 км.

Если бы наша планета не вращалась вокруг Солнца и была абсолютно плоской, небесное светило всегда находилось бы в зените и никуда не двигалось – не было бы ни заката, ни рассвета, ни жизни. К счастью, мы имеем возможность наблюдать за восходом и заходом Солнца – а потому жизнь на планете Земля продолжается.

Земля неутомимо движется вокруг Солнца и своей оси, и раз в сутки (за исключением полярных широт) солнечный диск появляется и исчезает за горизонтом, обозначая начало и конец светового дня. Поэтому в астрономии восходом и закатом Солнца называют время, когда над горизонтом показывается или исчезает верхняя точка солнечного диска.

В свою очередь, период перед восходом или заходом Солнца называется сумерками: солнечный диск находится недалеко от горизонта, а потому часть лучей, попадая в верхние слоя атмосферы, отражаются от неё на земную поверхность. Продолжительность сумерек перед восходом Солнца или его заходом прямо зависит от широты: на полюсах они длятся от 2 до 3 недель, в приполярных зонах – несколько часов, в умеренных широтах – около двух часов. А вот на экваторе время перед восходом Солнца составляет от 20 до 25 минут.

Во время восхода и захода создаётся определённый оптический эффект, когда солнечные лучи освещают земную поверхность и небосвод, окрашивая их в разноцветные тона. Перед восходом Солнца, на рассвете, цвета имеют более нежные оттенки, тогда как закат озаряет планету лучами насыщенного красного, бордового, желтого, оранжевого и очень редко – зелёного цветов.

Такую интенсивность красок закат имеет вследствие того, что днём земная поверхность прогревается, влажность уменьшается, скорость воздушных потоков увеличивается, а пыль поднимается в воздух. Разница в цветовой гамме между восходом и закатом Солнца во многом зависит от местности, где находится человек и наблюдает за этими удивительными явлениями природы.

Внешние характеристики дивного явления природы

Поскольку о восходе и закате Солнца можно говорить как о двух тождественных явлениях, отличающихся друг от друга насыщенностью цветов, описание заката Солнца над горизонтом можно применить также ко времени перед восходом Солнца и его появлении, только в обратном порядке.

Чем ниже солнечный диск спускается к западной линии горизонта, тем он менее ярок и становится сначала жёлтым, затем – оранжевым и, наконец, красного цвета. Изменяет свою окраску и небосвод: сперва он золотистого цвета, затем, оранжевого, а у кромки – красного тона.

Когда солнечный диск вплотную приближается к линии горизонта, он приобретает тёмно-красный цвет, а по обе стороны от него можно увидеть яркую полосу зари, цвета которой сверху вниз переходят от голубовато-зелёного до ярко-оранжевого тонов. В это же время над зарёй образовывается бесцветное сияние.

Одновременно с этим явлением, с противоположной стороны на небосводе появляется полоса пепельно-голубоватого оттенка (тень Земли), над которой можно увидеть сегмент оранжево-розового цвета, Пояс Венеры – он возникает над уровнем горизонта на высоте от 10 до 20° и при ясном небе виден в любой точке нашей планеты.

Чем больше Солнце уходит за линию горизонта, тем пурпурнее становится небо, а когда оно опускается за горизонт на четыре-пять градусов, оттенок приобретает максимально насыщенные тона. После этого небо постепенно становится огненно-красного цвета (лучи Будды), а от того места, где зашёл солнечный диск, вверх, постепенно угасая, тянутся полосы светлых лучей, после исчезновения которых возле горизонта можно увидеть тускнеющую полосу тёмно-красного цвета.

После того как тень Земли постепенно заполняет небо, Пояс Венеры рассеивается, на небе появляется силуэт Луны, затем звёзды – и наступает ночь (сумерки заканчиваются, когда солнечный диск уходит за горизонт на шесть градусов). Чем больше времени проходит от ухода Солнца за линию горизонта, тем становится холоднее, а к утру, перед восходом Солнца наблюдается самая низкая температура. Но всё меняется, когда через несколько часов начинается восход красного Солнца: на востоке появляется солнечный диск, ночь уходит, а земная поверхность начинает прогреваться.

Почему Солнце красное

Закат и восход красного Солнца с давних времён привлекал к себе внимание человечества, а потому люди всеми доступными им методами пытались объяснить, почему солнечный диск, будучи жёлтого цвета, на линии горизонта приобретает красноватый оттенок. Первой попыткой объяснить это явление, стали легенды, за ними появились народные приметы: люди были уверены, что закат и восход красного Солнца ничего доброго не сулит.

Например, они были убеждены, что если после восхода Солнца небо будет оставаться красного тона довольно долго, то день будет невыносимо жарким. Другая примета говорила о том, что если перед восходом Солнца небо на востоке будет красного цвета, а после восхода этот цвет сразу пропадёт – быть дождю. Также непогоду сулил и восход красного Солнца в случае, если после его появления на небосклоне оно сразу приобретало светло-жёлтый цвет.

Восход красного Солнца в такой интерпретации вряд ли мог долго удовлетворять пытливый человеческий ум. Поэтому после открытия различных физических законов, в том числе и закона Рэлея, было выяснено, что красный цвет Солнца объясняется тем, что он, как обладающий самой длинной волной, в плотной атмосфере Земли рассеивается намного меньше чем другие цвета.

Поэтому, когда Солнце находится у горизонта, его лучи скользят вдоль земной поверхности, где воздух имеет не только наибольшую плотность, но и чрезвычайно сильную в это время влажность, что задерживает и поглощает лучи. В результате этого сквозь плотную и влажную атмосферу в первые минуты восхода способны пробиться лишь лучи красных и оранжевых цветов.

Восход и закат Солнца

Хотя многие считают, что в северном полушарии самый ранний закат Солнца происходит 21 декабря, а самый поздний – 21 июня, в действительности мнение это ошибочно: дни зимнего и летнего солнцестояний являются лишь датами, которые говорят о наличии наиболее короткого или длинного дня в году.

Интересно, что чем севернее широта, тем ближе к солнцестоянию наступает самый поздний закат года. Например, в 2014 году на широте, расположенной в шестьдесят два градуса, он произошёл 23 июня. А вот на тридцать пятой широте самый поздний закат года произошёл шесть дней спустя (наиболее ранний восход Солнца был зафиксирован на две недели раньше, за несколько дней до 21 июня).

Не имея под рукой специального календаря, довольно сложно определить точное время восхода и заката Солнца. Это объясняется тем, что равномерно вращаясь вокруг своей оси и Солнца, Земля движется неравномерно по эллиптической орбите. Стоит заметить, что если бы наша планета двигалась вокруг Светила, такого бы эффекта не наблюдалось.

Такие отклонения по времени человечество заметило давно, а потому на протяжении всей своей истории люди пытались прояснить для себя этот вопрос: возведённые ими древние сооружения, чрезвычайно сильно напоминающие обсерватории, сохранились до наших дней (например, Стоунхендж в Англии или пирамиды майя в Америке).

Последние несколько столетий, чтобы рассчитать время восхода и захода Солнца, астрономы, наблюдая за небом, создавали календари Луны и Солнца. В наши дни, благодаря виртуальной сети, расчет восхода и захода Солнца может сделать любой пользователь интернета, воспользовавшись специальными онлайн-сервисами – для этого достаточно указать город или географические координаты (если на карте нет нужной местности), а также необходимую дату.

Интересно, что с помощью таких календарей нередко можно узнать не только время заката или рассвета, но и период между началом сумерек и перед восходом Солнца, продолжительность дня/ночи время, время, когда Солнце будет пребывать в зените и многое другое.

В ясный солнечный день небо над нами выглядит ярко-синим. Вечером закат окрашивает небосвод в красные, розовые и оранжевые цвета. Почему небо имеет голубой цвет? Что делает закат красным?

Для ответа на эти вопросы нужно знать, что такое свет и из чего состоит атмосфера Земли.

Атмосфера

Атмосфера - это смесь газов и других частиц, окружающих землю. В основном атмосфера состоит из газообразных азота (78%) и кислорода (21%). Газ аргон и вода (в виде пара, капель и ледяных кристаллов) следующие по распространённости в атмосфере, их концентрация не превышает соответственно 0,93 % и 0,001%. В атмосфере Земли в небольших количествах содержатся и другие газы, а так же мельчайшие частицы пыли, сажи, пепла, пыльцы и соли, попадающей в атмосферу из океанов.

Состав атмосферы изменяется в небольших пределах в зависимости от места, от погоды и т.д. Концентрация воды в атмосфере увеличивается во время ливневых штормов, а так же вблизи океана. Вулканы способны выбросить огромное количество пепла высоко в атмосферу. Техногенные загрязнения могут так же добавить к обычному составу атмосферы различные газы или пыль и сажу.

Плотность атмосферы на низкой высоте у поверхности Земли является наибольшей, с увеличением высоты она плавно уменьшается. Между атмосферой и космосом отсутствует какая-либо ярко выраженная граница.

Световые волны

Свет является разновидностью энергии, перенос которой осуществляется с помощью волн. Кроме света, с помощью волн осуществляется перенос других видов энергий, например, звуковая волна является колебаниями воздуха. Световая волна является колебаниями электрических и магнитных полей, этот диапазон называется электромагнитным спектром.

Электромагнитные волны распространяются через безвоздушное пространство со скоростью 299,792 км/с. Скорость распространения этих волн называется скоростью света.

Энергия излучения зависит от длины волны и её частоты. Длина волны - это расстояние между двумя ближайшими вершинами (или впадинами) волны. Частота волны - это число колебаний волны за секунду. Чем длиннее волна, тем ниже её частота, и тем меньше энергии она несёт.

Цвета видимого света

Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который может быть виден нашими глазами. Свет, испускаемый Солнцем или лампой накаливания может иметь белый цвет, но на самом деле он является смесью различных цветов. Можно увидеть различные цвета видимого спектра света, разложив его на составляющие с помощью призмы. Этот спектр так же можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей из-за преломления света Солнца в капельках воды, действующих как одна гигантская призма.

Цвета спектра смешиваются, непрерывно переходят один в другой. На одном конце спектр имеет красный или оранжевый цвета. Эти цвета плавно переходят в жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый цвета. Цвета имеют различные длины волн, разные частоты и различаются по энергиям.

Распространение света в воздухе

Свет распространяется через пространство по прямой до тех пор, пока на его пути нет препятствий. При входе световой волны в атмосферу свет продолжает распространяться прямолинейно до тех пор, пока на его пути не окажется пыль или молекулы газа. В этом случае то, что произойдёт со светом будет зависеть от его длины волны и размера частиц, оказавшихся на его пути.

Частицы пыли и капли воды имеют размеры гораздо больше, чем длина волны видимого света. Свет отражается в различных направлениях при столкновениях с этими крупными частицами. Различные цвета видимого света одинаково отражаются этими частицами. Отражённый свет кажется белым, так как он всё ещё содержит те же самые цвета, которые были в нём до отражения.

Молекулы газов имеют меньшие размеры, чем длина волны видимого света. Если световая волна сталкивается с ними, то результат столкновения может быть различным. Когда свет сталкивается с молекулой какого-либо газа, то часть его поглощается. Чуть позже молекула начинает излучать свет в различных направлениях. Цвет излучающегося света является тем же самым цветом, который был поглощён. Но цвета различных длин волн поглощаются по-разному. Любые цвета могут поглощаться, но более высокие частоты (голубой цвет) поглощаются гораздо сильнее, чем низкие частоты (красный цвет). Этот процесс называется рассеянием Рэлея, оно названо так в честь британского физика Джона Рэлея, открывшего это явление рассеяния в 1870-х годах.

Почему небо синее?

Небо имеет голубой цвет из-за рассеяния Рэлея. По мере продвижения света через атмосферу большая часть длинных волн оптического спектра проходит без изменений. Только незначительная часть красного, оранжевого и жёлтого цветов взаимодействует с воздухом.

Однако многие более короткие волны света поглощаются молекулами газов. После поглощения голубой цвет излучается во всех направлениях. Он рассеивается повсюду на небе. В каком бы направлении не посмотреть, часть из этого рассеянного синего света достигает наблюдателя. Так как синий свет виден повсюду над головой, то и небо выглядит голубым.

Чёрное небо и белое солнце

С Земли Солнце кажется жёлтым. Если бы мы находились в космосе или на Луне, то Солнце казалось бы нам белым. В космосе нет атмосферы, которая рассеивает солнечный свет. На Земле часть коротких волн солнечного света (голубой и фиолетовый цвета) поглощаются рассеянием. Оставшаяся часть спектра выглядят жёлтым цветом.

Кроме того, в космосе небо выглядит тёмным или чёрным вместо голубого. Это результат отсутствия атмосферы, следовательно свет никак не рассеивается.

Почему закат красный?

Когда Солнце клонится к закату, то солнечному свету приходится проходить большее расстояние в атмосфере, что бы достичь наблюдателя, соответственно больше солнечного света отражается и рассеивается атмосферой. Так как меньше прямого света достигает наблюдателя, то Солнце кажется менее ярким. Цвет Солнца так же кажется другим, он имеет диапазон цветов от оранжевого до красного. Это происходит из-за того, что рассеивается ещё больше коротковолновых цветов, голубого и зелёного. Остаются только длинноволновые составляющие оптического спектра, которые и достигают глаз наблюдателя.

Более подробно об атмосфере

Что такое атмосфера?

От всего количества энергии Солнца, достигающей Земли, примерно 30% отражается облаками и земной поверхностью обратно в космос. Атмосфера поглощает примерно 19% излучения Солнца, и только 51% поглощается поверхностью Земли.

Воздух имеет вес, хотя мы и не сознаём этого, и не ощущаем давления воздушного столба. На уровне моря это давление имеет величину одну атмосферу, или 760 мм ртутного столба (1013 миллибар или 101,3 кПа). С увеличением высоты атмосферное давление быстро снижается. Давление падает в 10 раз при увеличении высоты на каждые 16 км. Это означает, что при давлении 1 атмосфера на уровне моря, на высоте 16 км давление будет равно 0,1 атм, а на высоте 32 км - 0,01 атм.

Плотность атмосферы в самых низших её слоях составляет 1,2 кг/м 3 . В каждом кубическом сантиметре воздуха содержится примерно 2,7*10 19 молекул. На уровне земли каждая молекула движется со скоростью около 1600 км/час, при этом частота столкновения с другими молекулами составляет 5 миллиардов раз в секунду.

Плотность воздуха также быстро падает с ростом высоты. На высоте 3 км плотность воздуха уменьшается на 30%. Люди, живущие вблизи уровня моря при поднятии на такую высоту испытывают временные проблемы с дыханием. Наибольшая высота, на которой постоянно проживают люди, составляет 4 км.