Небо днем имеет голубой цвет вследствие. Как объяснить ребенку почему небо голубое. Почему небо голубое днем, а закат красный

Людям всегда было интересно, почему небо голубое. Наши предки славяне считали, что земля круглая, и по краям сходится с небом. Саму землю окружает бесконечный океан. Небо – это большой сводчатый купол, который покрывает всю землю. Славяне считали, что небо очень твердое и его создал Бог, чтобы жить там с душами людей и ангелами. Греки в древние времена считали, что небо состоит из хрусталя, который переливается и, поэтому оно голубого цвета.

Небо - это воздух, которым мы дышим. Цвет и вид неба, который мы видим с земли, зависит от времени суток, погоды и времени года. На небе часто видны облака, звезды при ясной погоде и луна. Земное небо может быть окрашено в различные цвета в зависимости от погоды, отличаться от вида неба, которое видно с самолета, особенно во время дождя. Небо может быть разных цветов и оттенков, так как над землей всегда парит сеть из едва видимых капель воды и микрочастиц пыли. Это атмосферный аэрозоль, который участвует в рассеивании светового луча и влияет на цвет неба, который мы видим с земли.

Во все времена выдвигались предположения, почему небо голубого цвета. Во эпоху Гете люди считали, что небо становится голубым, так как смешивается свет и тьма. В 16 веке Леонардо да Винчи уверял всех, что небо приобретает голубой оттенок на фоне остального темного пространства. Уже в 18 веке выдвинули теорию о том, что составные части воздуха окрашивают небо в такой цвет. Ученые считали, что в воздухе содержится большое количество примесей, газов и пыли, тогда как чистый воздух был бы черного цвета. После этих предположений возникало много споров и догадок, однако прав был только один человек, английский физик Рэлей.

На вопрос, почему небо голубого цвета, отвечает закон физики. Английский ученый Рэлей развеял все догадки в 19 веке. Согласно данной теории свет рассеивается на молекулах воздуха. Рэлей доказал, что от длины волны света зависит цвет нашего неба. При этом интенсивность рассеивания цветных лучей, которые составляют солнечный свет, не одинакова. Длина волн красных лучей солнца больше, чем у фиолетовых, поэтому фиолетовых лучей проявится больше, чем красных. В рассеянном виде лучи смешиваются между собой и небо окрашивается голубым цветом.

Многим не ясно, почему небо голубое, так как атмосфера состоит из воздуха, а воздух полностью прозрачен и бесцветен. Днем, когда светит солнце, небо становится голубого цвета, а ночью оно оказывается прозрачным. Все дело в том, что солнечные лучи окрашивают воздух высоко над нашей головой. Солнце посылает лучи на земную поверхность, и они проходят сквозь толстый слой воздуха, который окутывает нашу планету. Солнечный луч многоцветный и состоит из всех цветов радуги. В то время, когда солнечный луч проходит сквозь толстый слой атмосферы, частицы воздуха рассеивают и разбрызгивают каждый цвет солнечного спектра, а больше всего голубой цвет, поэтому небо становится голубого оттенка.

Ответ на вопрос, почему небо голубое довольно прост. Солнечный свет или от лампы кажется нам белым, однако он состоит из семи цветов, которые всем знакомы. Атмосфера вокруг Земли наполнена воздухом, который состоит из молекул газа и пыли. Проходя сквозь воздушное пространство, солнечный луч сталкивается с частичками атмосферы и отскакивает в другом направлении, то есть рассеивается. Некоторые цвета, красный и оранжевый, проходят от солнца прямо, не рассеиваясь. Голубые лучи отскакивают и рассеиваются в пространстве, поэтому небо окрашено в голубой оттенок. Когда мы смотрим на небо, мы видим эти голубые лучи, которыми пронизан небосвод.

Почему небо бывает красным

Почему небо голубого цвета, а во время заката - алое? Ответ снова кроется в законах физики: лучи красного цвета обладают самой большой длиной. По этой причине красный цвет может проходить сквозь толщину атмосферы Земли даже в то время, когда солнечный свет исчезает за горизонтом. Небо окрашено в голубой цвет только в ясную погоду, так как все затянуто тучами и облаками. Во время дождя или при пасмурной погоде спектр световых лучей не может пройти сквозь атмосферу к земной поверхности. Лишь небольшое количество световых лучей достигают поверхности и преломляются водой, которая находится на довольно большой высоте. Эта вода искажает световые лучи солнца.

Народные приметы о цвете неба

Наши предки научились предсказывать погоду по сигналам природы. Существует множество народных примет о погоде, которые связаны с цветом неба. Если во время захода солнца небо на востоке залито малиновым светом, значит быть сильному ветру. Если небо в западной части красного цвета, значит быть хорошей погоде на следующий день. Во время рассвета небо окрасилось в красный цвет - будет сильный дождь и ветер. Если небо на юго-востоке красного цвета, пойдет дождь. Небо зеленого оттенка, которое просвечивается во время дождя сквозь тучи, говорит о его усилении. После заката небо окрасилось в зеленый, ожидается сильный дождь и ветер, так как по старым поверьям зеленое небо предвещает «чертову погоду». Если небо темно-серого цвета и дует ветер с юга, ждите похолоданий. Если летом с утра вы видите ясное и чистое небо, значит через несколько часов нужно ждать дождевые облака. Но если на небе видны небольшие облачка, погода будет ясной и теплой.

Оказывается очень не многие знают ответ на этот, казалось бы «всегда висящий в воздухе вопрос». Часто об этом спрашивают дети, но взрослые не готовы дать объяснение. Многие считают, что этот вопрос из серии тех, на которые мы вообще ответить не можем, типа «где конец вселенной». Есть люди, которые считают, что это цвет смеси азота и кислорода, когда этих газов много и они подсвечены Солнцем. Есть те, которые связывают цвет неба с преломлением света в слоях атмосферы. Те, которые были в школе отличниками, скажут, что, мол, воздух рассеивает синий цвет интенсивнее, чем все другие цвета спектра по закону Релея, часто не понимая суть этого рассеяния. Кстати, вопрос о цвете неба был решен физиками только в двадцатом веке. Поэтому нам не должно быть особенно стыдно.

И хотя этот вопрос напрямую с температурой не связан, давайте попробуем разобраться. Очень глубоко в физику копать не будем, но основные положения о свете и о воздухе напомним.

Солнечный свет - это смесь излучений всех цветов радуги, т.е. электромагнитных волн с частотами колебаний такими, которые могут воздействовать на сетчатку глаза человека. Фиолетовый цвет соответствует длине волны излучения 380 нм, красный - 720 нм. В сетчатке есть колбочки, отвечающие за восприятие цвета. Колбочки трех типов: синие (ответственные за диапазон высоких частот), зеленые (отвечают за средние частоты) и красные (для низких частот). Диапазоны чувствительности колбочек перекрываются, но максимум приходится на определенный цвет.

Молекулы воздуха в нормальном состоянии не имеют заряда, они нейтральны. Однако они состоят из заряженных частиц - электронов и ядер. Под влиянием электрического поля ядра сдвигаются в одном направлении, электроны - в другом, и получается диполь с собственным электромагнитным полем. Если диполь попадает в переменное электромагнитное поле, то он начинает осциллировать, т.е положительный и отрицательный заряды смещаются взад-вперед и диполь сам начинает излучать электромагнитную волну. В нашем случае электромагнитная волна солнечного света заставляет молекулы воздуха превращаться в излучающие электромагнитные волны диполи. Причем направления изучения диполей могут быть всевозможными. По закону сохранения энергии световая волна теряет интенсивность в первоначальном направлении. Это и есть основной механизм рассеяния света в воздухе. Вернее говорить даже не о рассеянии, а о свечении молекул воздуха под действием света. Мы смотрим через атмосферу и фактически видим свет от солнца и свет, испускаемый молекулами нашей атмосферы. Почему же он не белый, а синий?

Дело в том, что интенсивность излучения диполя пропорциональна четвертой степени частоты излучения. Наиболее интенсивно излучаются диполями волны с максимальной частотой и энергией, соответствующие синему свету. Меньше взаимодействуют с молекулами воздуха волны красного света. Т.е. при прохождении через атмосферу происходит как бы фильтрация белого цвета по спектру. Молекулы воздуха излучают в основном синий цвет, т.е свет, который возбуждает синие и зеленые колбочки сетчатки гораздо сильнее, чем красные колбочки.

Первым сделал шаг к правильному объяснению цвета неба Джон Тиндал в 1865 г. Он открыл, что при прохождении лучей света через среду, в которой во взвешенном состоянии находятся маленькие частички примесей, синий цвет рассеивается интенсивнее, чем красный. В результате мы видим окрашивание прошедшего света в голубой оттенок. Это можно наблюдать если смотреть сбоку на луч света, проходящий через воду, слегка затуманенную молоком. Если смотреть не сбоку, а по направлению луча, то свет приобретает красноватый оттенок, т.к. синяя составляющая рассеялась.

Несколько лет спустя британский ученый лорд Релей изучил этот эффект более детально. Он показал, что интенсивность рассеяния света на частицах очень малых размеров обратно пропорциональна четвертой степени длины волны излучения. Из этого следовало, что синий свет рассеивается в 10 раз интенсивнее красного.

Тиндал и Релей думали, что синева неба объясняется наличием в атмосфере мелких частиц пыли и водяного пара. Позже ученые осознали, что если бы это было действительно так, то мы наблюдали бы значительно больше вариаций цвета неба при изменении влажности, туманности и загрязненности воздуха, чем наблюдаем сейчас. Проблема была решена Эйнштейном, который в 1911 г. вывел формулу, описывающую рассеяние света молекулами. Формула подтверждала все предыдущие эксперименты. Было доказано, что не пыль и пар, а именно молекулы воздуха рассеивают свет, так как (как говорилось выше) электромагнитное поле света инициирует электрические дипольные моменты в молекулах.

Почему же небо не фиолетовое, а голубое? Ведь фиолетовые волны короче синих. Первая причина в том, что спектр солнечного излучения не равномерный. Фиолетового цвета там меньше. Кроме того, фиолетовые лучи рассеиваются еще в самых верхних слоях атмосферы. Вторая причина - чувствительность наших колбочек к фиолетовому цвету ниже, чем к синему. Третья причина в том, что синий цвет раздражает не только синие колбочки в сетчатке, но и чуть-чуть красные и зеленые. Поэтому цвет у неба не бледный, а насыщенный голубой, особенно когда воздух прозрачный.

Рассеянием света на молекулах воздуха объясняется и цвет заката. Пройдя от Солнца по касательной к Земле длинный путь, луч теряет все синие оттенки. До глаза доходят только желтые и красные тона. Около моря закат может быть даже оранжевым, благодаря частичкам соли в воздухе, которые ответственны за рассеяние Тиндала.

Заметьте, что от состава атмосферы, т.е. наличия азота и кислорода, цвет неба практически не зависит. Если у планеты прозрачная атмосфера достаточной толщины и плотности, освещенная светилом, спектр которого белый, как у Солнца, то небо там будет синим.

Как же тогда объяснить, что снимки с космических аппаратов, совершивших посадку на Марс, говорят о том, что небо там розовое и красное? Это потому, что атмосфера Марса очень тонкая и загрязненная пылью. Рассеяние солнечного света происходит не на молекулах, а преимущественно на взвешенных примесях пыли. Многие частички пыли больше, чем длины волн света и состоят из оксида железа, который имеет красный цвет.

Теперь Вы знаете, что ответить на вопрос «почему небо голубое» не очень просто. Мы-то понимаем, а что сказать детям? Наверное, что наша прекрасная атмосфера состоит из воздуха, который светится синим светом когда Солнышко его греет. Потому что синий цвет - самый сильный из всех цветов радуги.

Если говорить простым языком, небо голубое, потому что при разложении света фиолетовый цвет рассеивается больше всех, а красный – меньше всех.

Свет через призму

Как известно, белый свет состоит из семи основных цветов, которые изменяются по мере уменьшения длины световой волны: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. И, к примеру, находящиеся на орбите космонавты видят ослепительно-белое Солнце на фоне черного неба. Так и должно быть: составные части белого света доходят до них в безвоздушном пространстве без искажений, в то время как до Земли они доходят через «фильтр» атмосферы.

Если рассматривать подробнее, то нужно понять, что такое диффузное излучение неба - солнечное излучение, достигающее земной поверхности после того, как оно было рассеяно на молекулах или твёрдых частицах в атмосфере. Из всего излучения Солнца, рассеивающегося в атмосфере, около двух третей в конечном счёте достигает Земли как диффузное излучение (если Солнце находится высоко над горизонтом, рассеивается не менее 25 % падающего излучения).

Основные механизмы рассеяния света в атмосфере (рассеяние Релея, рассеяние Ми) являются упругими, то есть при этом происходит смена направления излучения, без изменения длины волны.

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ 4 , λ – длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается приблизительно в 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым лучам).

Во время заката и рассвета свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.

Вероятно, при другом составе атмосферы, например, на других планетах цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый

Рассеяние и поглощение - главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ 4 . При больших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.

Древние греки считали: «Небо является голубым, потому что создано из чистейшего горного хрусталя!». При этом хрусталь является многослойным - потому и обладает голубым цветом. Если Вы положите перед собой кусочек обычного стекла - оно будет прозрачным. Однако если Вы сложите в кучу несколько кусочков и попытаетесь посмотреть через них - окажется, что Вы увидите не то, что на самом деле находится позади всей конструкции, а какую-то непонятную голубизну.

Так и в нашем случае, небо является рядом хрустальных сфер, которые с ювелирной точностью расположены одна внутри другой. В середине всего этого набора сфер и расположилась Земля со своими крепостями, харчевнями, дорогами, горными вершинами, храмами, городами и морями. На одной сфере расположилось ярко пылающее Солнце. На другой сфере - Луна. Третья сфера усыплена бесконечным множеством звезд, которые то и дело отрываются от хрустальной поверхности и падают вниз. Все остальные сферы размещают на себе по одной из большого множества планет.

Все эти сферы вращаются, причем каждая обладает своим направлением и скоростью. Они вращаются без скрежета и скрипа, а в самом центре этой удивительной системы расположилась в «мировой» пустоте наша ни на что не похожая и важная планета. Наверное, величественное зрелище!

В данную теорию, почему небо голубого цвета, искренне верили древние греки. Однако, что именно заставило их так думать? Ведь небо невозможно пощупать, его можно только созерцать. Созерцать и размышлять, строить самые невероятные догадки. В наше время подобные догадки принято называть «научной теорией», одна древние греки не заморачивались и так их и называли - догадки.

Почему небо голубое (по версии учёных)?

Современные ученые смогли найти правильный ответ и доказать, почему небо голубое. Физика довольно длительное время скрывала данную тайну, точнее атмосфера нашей планеты. Как всем известно, воздух сам по себе является бесцветным газом, однако, когда в него проникают солнечные лучи - свет начинает распадаться на 7 основных цветов:

Поскольку в этом процессе голубой и синий цвет обладают явным преимуществом - потому мы и видим небо сине-голубым.

Самым удачным примером этого процесса является сравнение дня и ночи. Ночью солнечные лучи отсутствуют, поскольку Солнце в данный момент будет освещать противоположную сторону планеты. Благодаря отсутствию света мы можем увидеть истинный цвет атмосферы, если быть точными, то отсутствие какого-либо цвета, прозрачность. Сквозь прозрачный воздух мы имеем возможность видеть другие галактики, звезды, платы, черный космос. В тот момент, когда Солнце снова начинает освещать нашу сторону планеты - небо становится лазурным. Таким образом, небо является некой голубой шторой, за которой космос скрывается от нас в светлое время суток. Вот почему небо днем голубое, а ночью - прозрачное, из-за чего нам кажется, что черное.

Почему небо голубое только во время ясной погоды. Дело в том, что в пасмурную погоду весь спектр световых лучей просто не в силах пробиться к поверхности Земли, а те немногочисленные лучи, которые смогли до нас достать - преломляются водой, которая находится во взвешенном состоянии на очень большой высоте. Именно эта вода искажает световые волны.

Теперь вы убедились, что вся причина смена цветов неба в непоколебимых законах физики.

Глядя на небо в погожий день, мы с самого детства привыкаем его голубому цвету днём и алому на закате и восходе. Голубой цвет неба настолько привычен для нашего глаза, что зачастую даже не возникает вопросов, почему цвет неба именно голубой, а не, например, зелёный или жёлтый. И вправду, почему небо голубого цвета, если главный источник света для Земли – Солнце, которое светит жёлтым светом? (Только не бросайтесь проверять, какого цвета Солнце, без защиты для глаз).

Какого цвета Солнце на самом деле?

Оказывается, что свет, идущий от Солнца, имеет разные цвета. На самом деле, Солнце светит и голубым, и зелёным, и жёлтым, и красным светом. Это было открыто ещё в 17 веке Ньютоном. Мы видим Солнце жёлтым, потому что оно сильнее всего испускает именно жёлтый цвет, а остальные цвета мы можем увидеть только с помощью специальной аппаратуры. Жёлтый свет настолько интенсивный, что человек не может различить другие цвета на его фоне. Это всё равно, что пытаться заметить маленький зелёный или голубой фонарик на фоне огромного жёлтого прожектора.

Как свет попадает на поверхность Земли?

Представьте себе лучи всех цветов радуги, идущие от Солнца к Земле. В космическом вакууме, между Солнцем и Землёй, солнечные лучи летят в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью. Но всё меняется, когда свет Солнца достигает земной атмосферы. Солнечные лучи сталкиваются с молекулами воздуха (состоящего, в основном, из кислорода и азота) и меняют своё направление – рассеиваются. Давайте понаблюдаем за процессом рассеяния света. Вот небольшой «кусочек» солнечного света – фотон, влетает в Земную атмосферу; и сразу же на его пути оказывается какая-нибудь молекула воздуха. Фотон «задевает» эту молекулу, и немного отклоняется от первоначального пути. Пролетев ещё чуть-чуть, фотон опять столкнётся с молекулой воздуха и опять сменит направление. Пока такой «забияка-путешественник» достигнет нашего глаза, он успеет столкнуться с миллиардами молекул и примерно столько же раз изменить направление движения. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, так сильно меняет своё направление, что фотоны начинают двигаться во все стороны, даже в сторону Солнца. Именно поэтому днём небо светлое даже с противоположной Солнцу стороны.

Почему небо голубое?

Оказывается, что цвет света очень сильно влияет на способность отдельных «кусочков света» менять своё направление после столкновения с молекулами воздуха. Чем свет голубее, тем охотнее он меняет направление своего движения при рассеянии в атмосфере. Это значит, что голубой свет рассеивается лучше всех, а бирюзовый уже чуть хуже. Зелёный и жёлтый свет меняют своё направление хуже бирюзового. Ну а менее всего при прохождении атмосферы своё направление меняет красный свет. Он рассеивается примерно в 10 раз хуже, чем голубой. Поэтому получается, что голубой свет, идущий от Солнца, рассеивается по всему небу, и нам кажется, что небо становится голубого цвета. Если бы природа была устроена другим образом, и, например, лучше всего рассеивался бы зелёный свет, то наше небо было бы зелёного цвета.

Почему небо становится красным на закате и на восходе?

Когда Солнце садится или восходит, то солнечному свету приходится пройти более толстый слой воздуха, прежде чем попасть в наш глаз. Это значит, что фотоны, падающие на Землю на закате или восходе, испытают гораздо больше столкновений с молекулами воздуха, чем те, что попадают на Землю в течение дня. Возросшее количество столкновений приводит к тому, что даже красный свет начинает рассеиваться, поэтому небо рядом с солнцем на закате или восходе становится алым.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ