Если небо недостаточно синее (Поляризуем небо) | Foto-kadr.ru

Если небо недостаточно синее (Поляризуем небо)

Почему небо имеет голубой цвет?

Приветствуем самых любознательных на страницах нашего сайта! Сегодня мы затронем вопрос, который нередко волнует пытливые умы (особенно детские), однако не каждый находит возможность разобраться, почему же всё-таки небо голубое, ведь воздух-то на самом деле прозрачный. Постараемся коротко на него ответить.

Что скажет Википедия?

Если мы чего-то не знаем, то можно всегда отыскать ответ именно в Википедии. Так давайте же заглянем туда и посмотрим, что нам поведает сей ресурс.

Собственно говоря, вот ссылка на нужный материал.

Хорошо сказано в Википедии! Правда, как-то не очень понятно. Единственное, что как бы можно разобрать, так это тот факт, что солнечные лучи долетают до нашей атмосферы, с ними что-то происходит, и мы видим голубое небо. Нет, так не пойдет, давайте попробуем разобраться подробнее и более понятным языком, почему небо голубое.

На самом деле всему причиной такое понятие, как «рассеивание света»!

Рассеивание света

Итак, Солнце излучает лучи, которые имеют белый цвет. Белый, как известно, включает в себя все цвета видимого нам спектра. Свидетельство тому – радуга. Она возникает по той причине, что солнечный свет, попадая в капельки воды, преломляется и распадается на разные цвета. Голубое небо мы тоже наблюдаем по чем-то похожей причине.

Так образуется радуга

Возможно вас заинтересует:

Дело в том, что в воздухе множество молекул газа, которые и рассеивают солнечный свет. Частицы света разлетаются в разные стороны, поэтому голубой цвет неба виден и землянам, и космонавтам с МКС в виде голубого ореола. Но почему же именно голубой, ведь в спектре как минимум семь цветов, как говорится: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан!».

Интересный факт! В день человек вдыхает около 20 кг воздуха. Этот объём мы получаем, делая 22 000 вдохов день.

Почему небо именно голубого цвета?

У каждого цвета имеется своя длина волны. На следующем рисунке можно посмотреть, как этот показатель разнится.

Фиолетовый рассеиваются слишком сильно, а цвета с зелёного по красный наоборот рассеиваются не очень интенсивно. Вот и получается, голубые и синие частицы — это золотая середина. Фиолетовый, несмотря на то, что он рассеивается лучше голубого, мы не замечаем из-за нашего восприятия: при одинаковой яркости голубой воспринимается нашим глазом гораздо лучше, чем его собрат.

Примерно так всё и происходит

Вот неплохой видос на эту тему, который и нам помог разобраться в данном вопросе:

Подытожим

  1. Солнечный свет, взаимодействуя с молекулами воздуха, рассеивается на разные цвета.
  2. Из всех цветов лучше всего к рассеиванию предрасположен именно голубой цвет.
  3. Получается, что он фактически захватывает воздушное пространство.

Конечно, предоставленная информация довольно утрирована и следовало бы заострить внимание на многих научных фактах и понятиях, но зато так более или менее понятно, почему небо голубое.

Если небо недостаточно синее (Поляризуем небо)

При рассеянии света также происходит поляризация электромагнитных волн. Степень поляризации тем выше, чем меньше размеры частиц, на которых происходит рассеяние. Солнечный свет сильно поляризуется, рассеиваясь на молекулах воздуха, причем в разных направлениях относительно Солнца по-разному.

Поляризацию рассеянного света можно наблюдать с помощью николя или поляризационного светофильтра. А можно воспользоваться куском стекла, затемненным с одной стороны. Если на такое стекло падает луч под углом, близким к углу Брюстера, отраженный от него свет будет почти полностью поляризован. Колебания вектора напряженности в отраженном луче перпендикулярны к плоскости падения.

Если Солнце находится в зените, стекло нужно расположить приблизительно в 20 см над уровнем глаз, так чтобы отраженный луч шел к наблюдателю под углом, близким к углу Брюстера. Если теперь поворачиваться вокруг направления луча, идущего от Солнца, держа стекло так, чтобы в нем отражался один и тот же участок неба, то можно обнаружить, что изображение этого участка максимально яркое, если вы стоите лицом или спиной к Солнцу, и темнее, когда вы стоите под прямым углом к этому направлению. Это свидетельствует о поляризованности света, исходящего от этого участка неба. Солнечный свет сильно поляризован в направлении, перпендикулярном направлению на Солнце, а колебания вектора напряженности направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через Солнце, наблюдаемую точку и глаз.

Если Солнце стоит низко на западе или востоке, можно проделать следующий эксперимент. Положите затемненное стекло на стол и посмотрите на отражение в нем небольших облаков, расположенных на высоте на юге или на севере, где в этом случае свет неба поляризован сильнее всего. Можно убедиться, что небольшие облака, с трудом различимые в воздухе, отчетливо отражаются в стекле. Это обусловлено тем, что свет их неполяризован и поэтому ослабляется в меньшей степени, чем поляризованный свет неба.

Поляризацию неба можно наблюдать и в сумерках при помощи призмы Николя, вращая ее вокруг оси. Выберите звезду, свет от которой едва различим, и посмотрите, как она будет видна при различных положениях призмы Николя. Так как свет звезды неполяризован, то она будет видна тем лучше, чем темнее фон. Изменение видимости звезды указывают на изменение яркости фона, а, следовательно, на поляризацию излучения неба.

Таким образом, если рассматривать сквозь поляризатор чистое голубое небо, так чтобы Солнце было сбоку, и при этом фильтр поворачивать, то ясно видно, что при некотором положении фильтра на небе появляется темная полоса.

Эту полосу некоторые люди могут заметить простым глазом (по данным академика Сергея Вавилова, этой способностью обладают 25–30 % людей) как желтоватую полоску с закругленными концами. Еще слабее заметны голубоватые пятнышки по краям от ее центра. Если плоскость поляризации света поворачивается, то поворачивается и желтая полоска. Она всегда перпендикулярна к направлению световых колебаний. Это так называемая фигура Гайдингера (или щетка Гайдингера), она открыта немецким физиком Гайдингером в 1845 г. Размеры ее весьма значительны, в 8 раз больше диаметра полной Луны, но яркость и контрастность очень малы. Желтая часть фигуры Гайдингера направлена к Солнцу. Это показывает, что колебания вектора напряженности рассеянного света происходят перпендикулярно к плоскости, проходящей через Солнце, молекулу воздуха и глаз.

При определенном навыке и после долгих тренировок многим удается видеть фигуру Гайдингера и без поляризатора, невооруженным глазом. Свыше столетия назад Л.Н. Толстой очень точно описал это явление, определяемое поляризацией света неба и особенностями зрения, о которых не только тогда, но и теперь знает лишь узкий круг специалистов. В 1855 г. в своей повести «Юность», по-видимому, совершенно не подозревая физического смысла явления, он очень четко описал желтое поляризационное пятнышко на фоне неба: «Иногда оставшись один в гостиной, когда Любочка играет какую-нибудь старинную музыку, я невольно оставляю книгу и вглядываюсь в растворенную дверь балкона, в кудрявые висячие ветви высоких берез, на которых уже заходит вечерняя тень, и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное, желтоватое пятнышко и снова исчезает. ».

До сих пор не вполне понятно, каким образом глаз видит поляризованный свет. Герман Гельмгольц, немецкий физик и естествоиспытатель, много занимавшийся физиологией зрения, считал, что причина кроется в структуре сетчатки. Светочувствительные клетки глаза обладают анизотропией и поглощают синие лучи сильнее, чем желтые. Однако это не объясняет, почему некоторые видят фигуру Гайдингера в виде синей полосы с желтыми пятнами по бокам. Возможно, это связано с различиями в индивидуальной структуре сетчатки. Но все равно остается непонятным, почему, когда глаз устает, некоторым кажется то желтое, то синее пятно.

Из древних скандинавских саг известно, что викинги почти тысячу лет назад пользовались поляризацией неба для навигации. Они смотрели на облачное небо через специальный «солнечный камень», который позволял увидеть на небе темную полоску в 90° от направления на Солнце, если облака не слишком плотны. По этой полосе можно судить, где находится Солнце. «Солнечным камнем» мог быть прозрачный минерал, обладающий поляризационными свойствами, например, исландский шпат. Появление на небе более темной полосы объясняется тем, что проникающий через облака свет неба остается в какой-то степени поляризованным.

Поляризационные эффекты наблюдаются и на таких небесных оптических явлениях, как радуга и гало. Вращая поляризатор, можно сделать радугу или гало почти невидимыми. Это обусловлено тем, что в образовании и радуги, и гало наряду с преломлением участвует отражение света, а оба эти процесса приводят к поляризации. Поляризованы и некоторые виды полярного сияния.

Многие насекомые, например пчелы, различают поляризацию света почти так же хорошо, как цвет или яркость. И так как поляризованный свет часто встречается в природе, им дано увидеть в окружающем мире нечто такое, что человеческому глазу совершенно недоступно. Им достаточно видеть небольшой кусочек синего неба в разрывах облаков, чтобы точно определить направление, ориентируясь в пространстве по степени поляризации неба.

Поляризован и свет некоторых астрономических объектов. Наиболее известный пример – Крабовидная туманность в созвездии Тельца. Крабовидная туманность – это результат взрыва сверхновой звезды. Хотя взрыв сверхновой в Крабовидной туманности произошел 900 лет назад, туманность продолжает расширяться и светиться. Свет, испускаемый ею, – это так называемое синхротронное излучение, возникающее, когда быстро летящие электроны тормозятся магнитным полем. Синхротронное излучение всегда поляризовано.

На рисунке области различной поляризации окрашены в разные цвета. Составление карт поляризации света источника помогает понять, какие физические процессы рождают такое излучение.

На снимке, полученном с помощью усовершенствованной камеры для обзоров на космическом телескопе им. Хаббла, приведена фотография туманности Яйцо. Цвета на фотографии условны и предназначены для выделения направления поляризации.

Звезда в центре этой туманности сбрасывает оболочки газа и пыли и медленно превращается в белый карлик. Туманность Яйцо находится от Земли на расстоянии одного светового года. На небе ее можно увидеть в созвездии Лебедя. Плотные слои пыли закрывают от нас центральную звезду, а пылевые оболочки, находящиеся дальше от центра, отражают свет этой звезды. Эффект поляризации проявляется в том, что преимущественное отражение пылью испытывают световые волны, вектор напряженности которых колеблется в плоскости, проходящей через наблюдателя и центральную звезду. Определив ориентацию поляризованного света для туманности Яйцо, можно определить местоположение спрятанного источника.

Поляризация света помогает изучать свойства космической пыли. В обычном излучении звезд имеются волны, колеблющиеся во всех направлениях. Когда поток света встречает на своем пути сферическую пылинку, все эти волны поглощаются одинаково. Но если пылинка вытянута вдоль одной оси, то колебания, параллельные этой оси, поглощаются сильнее, чем перпендикулярные. В потоке света, прошедшем через облако вытянутых, одинаково ориентированных пылинок, присутствуют уже не все направления колебаний, то есть излучение становится поляризованным. Измерение степени поляризации света звезд позволяет судить о форме и размерах пылевых частиц. А иногда по пути поляризации можно определить и электрические свойства межзвездной пыли.

В пределах Солнечной системы наблюдения поляризации электромагнитного излучения позволяют получить ценную информацию о химическом составе облаков, покрывающих планеты, о составе и строении комет и других объектов. Так, по поляризации излучения было обнаружено заметное количество серной кислоты в атмосфере Венеры. Поляризованное излучение комет объясняется рассеянием солнечного света на ориентированных ассиметричных пылинках в голове и хвосте кометы, а также рассеянием солнечного излучения молекулами плотной газовой оболочки, окружающей ядро кометы. Изучение поляризованного излучения комет позволило установить силикатную природу пылинок, входящих в состав головы ряда исследованных комет.

Простое объяснение

Небо это бесконечность. Для любого народа, небо символ чистоты, ведь считается, что там живет сам Бог. Люди, обращаясь к небу, просят дождя, или наоборот солнца. То есть, небо не просто воздух, небо это символ чистоты и непорочности.

Небо — это всего лишь воздух, тот обычный воздух, которым мы ежесекундно дышим, тот которые нельзя увидеть и потрогать, потому что он прозрачный и невесомый. Но дышим-то мы прозрачным воздухом, почему же он над головой приобретает такой голубой цвет? Воздух содержит в себе несколько элементов, азот, кислород, углекислый газ, пары воды, различные пылинки, которые постоянно находятся в движении.

С точки зрения физики

На практике, как говорят физики, небо это просто воздух, окрашенный солнечными лучами. Если говорить проще, то солнце светит на Землю, но солнечные лучи для этого должны пройти через огромный слой воздуха, который буквально окутывает Землю. А так, как солнечный луч имеет множество цветов, а точнее семь цветов радуги. Для тех, кто не знает, стоит напомнить, что семь цветов радуги это красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Причем, все эти цвета имеет каждый луч и он, проходя через этот слой воздуха, то он разбрызгивает во все стороны различные цвета радуги, но вот сильнее всего происходит раскидывание голубого цвета, за счет которого небо и приобретает голубую окраску. Если охарактеризовать коротко, то голубое небо — это брызги, которые дает луч, окрашенный в этот цвет.

Там нет атмосферы и следовательно, небо на Луне не голубое, а черное. Космонавты, которые выходят на орбиту видят черное-черное небо, на котором сверкают планеты и звезды. Конечно же, небо на Луне выглядит очень красиво, но всё-таки не хотелось бы видеть над головой постоянно черное небо.

Небо меняет цвет

Небо не всегда бывает голубого цвета, оно имеет свойство менять цвет. Все, наверное, замечали, что иногда оно беловатое, иногда иссиня-черное… Почему так? Например, ночью, когда солнце не посылает свои лучи, мы видим небо не голубым, атмосфера кажется нам прозрачной. И сквозь прозрачный воздух, человек может увидеть планеты и звезды. А днем, голубой цвет снова надежно спрячет от посторонних глаз таинственный космос.

Различные гипотезы Почему небо голубое? (гипотезы Гете, Ньютона, ученых XVIII в., Рэлея)

Каких только гипотез не выдвигалось в разное время для объяснения цвета неба. Наблюдая, как дым на фоне темного камина приобретает синеватый цвет, Леонардо да Винчи писал: „. светлота поверх темноты становится синей, тем более прекрасной, чем превосходными будут светлое и темное». Примерно такой же точки зрения придерживался Гёте, который был не только всемирно известным поэтом, но и крупнейшим ученым естествоиспытателем своего времени. Однако такое объяснение цвета неба оказалось несостоятельным, поскольку, как стало очевидно позднее, смешение черного и белого может дать только серые тона, а не цветные. Синий цвет дыма из камина обусловливается совершенно другим процессом.

После открытия интерференции, в частности в тонких пленках, Ньютон пытался применить интерференцию к объяснению цвета неба. Для этого ему пришлось допустить, что капли воды имеют форму тонкостенных пузырей, наподобие мыльных. Но так как капельки воды, содержащиеся в атмосфере, в действительности представляют собой сферы, то и эта гипотеза вскоре „лопнула», как мыльный пузырь.

Ученые XVIII в. Мариотт, Бугер, Эйлер думали, что голубой цвет неба объясняется собственным цветом составных частей воздуха. Такое объяснение даже получило некоторое подтверждение позднее, уже в XIX в., когда установили, что жидкий кислород имеет голубой цвет, а жидкий озон — синий. Ближе всех к правильному объяснению цвета неба подошел О.Б. Соссюр. Он считал, что если бы воздух был абсолютно чистым, то небо было бы черным, но воздух содержит примеси, которые отражают преимущественно голубой цвет (в частности — водяной пар и капельки воды). Ко второй половине XIX в. накопился богатый экспериментальным материал по рассеянию света в жидкостях и газах, в частности была обнаружена одна из характеристик рассеянного света, поступающего от небосвода,— его поляризация. Первым ее открыл и исследовал Араго. Это было в 1809 г. Позднее исследованиями поляризации небесного свода занимались Бабине, Брюстер и другие ученые. Вопрос о цвете неба настолько приковывал внимание ученых, что проводимые эксперименты по рассеянию света в жидкостях и газах, имевшие гораздо более широкое значение, проводились под углом зрения „лабораторное воспроизведение голубого цвета неба». Об этом говорят и названия работ: „Моделирование голубого цвета неба» Брюкке или „О голубом цвете неба, поляризации света облачным веществом вообще» Тиндаля. Успехи этих экспериментов направили мысли ученых по правильному пути — искать причину голубого цвета неба в рассеянии солнечных лучей в атмосфере.

Первым, кто создал стройную, строгую математическую теорию молекулярного рассеяния света в атмосфере, был английский ученый Рэлей. Он считал, что рассеяние света происходит не на примесях, как это думали его предшественники, а на самих молекулах воздуха. Первая работа Рэлея ПО рассеянию света была опубликована в 1871 г. В окончательном виде его теория рассеяния, основанная на электромагнитной природе света, установленной к тому времени, была изложена в работе „О свете от неба, его поляризации и цвете», вышедшей в свет в 1899 г. За работы в области рассеяния света Рэлея (его полное имя Джон Уильям Стретт, лорд Рэлей III) часто называют Рэлеем Рассеивающим, в отличие от его сына, лорда Рэлея IV. Рэлея IV за большой вклад в развитие физики атмосферы называют Рэлеем Атмосферным. Для объяснения цвета неба приведем только один из выводов теории Рэлея, к другим мы еще будем обращаться несколько раз при объяснении различных оптических явлений. Этот вывод гласит: яркость, или интенсивность, рассеянного света изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны света, падающего на рассеивающую частицу. Таким образом, молекулярное рассеяние чрезвычайно чувствительно к малейшему изменению длины волны света. Например, длина волны фиолетовых лучей (0,4 мкм) примерно в два раза меньше длины волны красных (0,8 мкм). Поэтому фиолетовые лучи будут рассеиваться в 16 раз сильнее, чем красные, и при равной интенсивности падающих лучей их в рассеянном свете будет в 16 раз больше. Все остальные цветные лучи видимого спектра (синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые) войдут в состав рассеянного света в количествах, обратно пропорциональных четвертой степени длины волны каждого из них. Если теперь все цветные рассеянные лучи смешать в таком соотношении, то цвет смеси рассеянных лучей будет голубым.

Прямой солнечный свет (т. е. свет, исходящий непосредственно от солнечного диска), теряя за счет рассеяния в основном синие и фиолетовые лучи, приобретает слабый желтоватый оттенок, который усиливается при опускании Солнца к горизонту. Теперь лучам приходится проходить в атмосфере все больший и больший путь. На длинном пути потери коротковолновых, т. е. фиолетовых, синих, голубых, лучей становятся все более заметными, и в прямом свете Солнца или Луны до поверхности Земли доходят преимущественно длинноволновые лучи — красные, оранжевые, желтые. Поэтому цвет Солнца и Луны становится сначала желтым, затем оранжевым и красным. Красный цвет Солнца и голубой цвет неба это два следствия одного и того же процесса рассеяния. В прямом свете, после того как он проходит сквозь толщу атмосферы, остаются преимущественно длинноволновые лучи (красное Солнце), в рассеянный свет попадают коротковолновые лучи (голубое небо). Так теория Рэлея очень наглядно и убедительно объяснила загадку голубого неба и красного Солнца.

Почему небо голубое

Как известно, небо — это панорама, которая открывается с поверхности планеты, образуя некую видимость, сотканную из света. Причем, если наблюдать из разных точек, небо может выглядеть по-разному. Так, из иллюминатора самолета, поднявшегося над облаками, открывается совсем иной вид, чем с земли в это же время. Ясное небо — голубое, но стоит набежать облакам, и оно становится серым, свинцовым или грязно-белым. Ночное небо — черное. Причина всех подобных изменений — свет и его взаимодействие с воздухом и частичками различных веществ в нем.

Для того чтобы сказать, какой и почему цвет у неба, нужно вспомнить, что цвет — это всего лишь различаемый человеческим глазом участок в довольно узком диапазоне спектра электромагнитных волн. В этом диапазоне граничные позиции занимают красный и фиолетовый цвета (см. рис), постепенно переходя с увеличением длины волны излучения в так называемые инфракрасное и ультрафиолетовое излучения соответственно. Свет, идущий от Солнца к Земле, видится как белый, но как доказал Ньютон, белый свет представляет собой пучок из семи лучей: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Разложение света на спектр происходит при столкновении его с молекулами различных веществ, при этом часть волн может быть поглощена, а часть — рассеяна.

Многие ученые пытались понять, почему же до нас доходит только голубой цвет при ясном небе. Первые гипотезы предполагали влияние молекул озона и воды. Считалось, что именно они поглощают красный свет и пропускают голубой, что и дает соответствующий цвет небу. Последовавшие за этим подсчеты, однако, показали, что того количества озона, кристаллов льда и молекул водяного пара, которое есть в атмосфере, недостаточно для придания небу голубого цвета.

На следующем этапе исследований Джоном Тиндаллом было высказано предположение, что роль искомых частиц играет пыль. Синий свет обладает наибольшей стойкостью к рассеиванию, а потому способен пройти сквозь все слои пыли и других взвешенных частиц. Тиндалл провел эксперимент, подтвердивший его предположение. Он создал в условиях лаборатории модель смога и осветил ее ярким белым светом. Смог приобрел голубой оттенок. Ученый сделал однозначный вывод из своего исследования: цвет неба определяется частичками пыли, то есть, если бы воздух Земли был чистым, то над головами людей светились не голубые, а белые небеса.

Окончательную точку в вопросе о цвете неба, поставил английский ученый, лорд Д. Рэлей. Он доказал, что не пыль или смог окрашивает пространство над головой в привычный для нас оттенок. Дело в самом воздухе. Молекулы газа поглощают большую часть света и в первую очередь самые длинные волны, эквивалентные красному. Синий при этом рассеивается.

Внимательные люди заметят, что, следуя этой логике, небесный купол над головой должен быть фиолетовым, поскольку именно у этого цвета самая короткая длина волны в видимом диапазоне. Объясняется это просто: при одинаковой яркости человеческий глаз лучше воспринимает именно голубой цвет, а не фиолетовый. Кроме того, зеленый свет, также обладающий некоторой способностью к рассеянию в атмосфере, смешиваясь с отлично рассеивающимся фиолетовым, приводит к тому же голубому. По сути, видимый нами голубой — результат смешения синего с фиолетовым и зеленым.

Можно ли, оперируя этой же логикой, понять ярко красные цвета заката? Конечно, можно даже говорить о том, что солнце на горизонте будет тем краснее, чем толще слой атмосферы лежит между ним и нашим глазом, либо чем беспокойнее и, соответственно, более запылённым будет этот самый слой атмосферы. Так что, чем багровее закат, тем ненастнее и ветренее окажется следующий день. Дело в том, что во время заката и рассвета солнечным лучам приходится преодолевать гораздо больший путь сквозь атмосферу, чем в разгар дня. При этом свет сине-зеленой части спектра сильно рассеиваются или поглощаются атмосферой и облака, расположенные у линии горизонта, становятся окрашенными в оттенки красного.

Когда небо заволакивают облака, картина совершенно меняется. Солнечные лучи не в силах преодолеть плотный слой, и большая часть их просто не достигает земли. Лучи, сумевшие пройти сквозь тучи, встречаются с водными каплями дождя и облаков, которые вновь искажают свет, снова смешивая его. В результате всех этих превращений до земли доходит белый свет, если облака небольшие по размеру, и серый, когда небо закрывают внушительные тучи, вторично поглощающие часть лучей.

Вот так раскрывается причина довольно привычных для нас вещей. Так что теперь мы можем просто получить удовольствие от созерцания уже не таинственного, но по-прежнему бездонного голубого неба и божественного алого заката!

ЗАДАНИЕ: опыт «Небо днём и вечером»

1) Влейте в банку половину чайной ложки молока. Добавьте воду, чтобы получилась беловатая жидкость.

2) В тёмной комнате направь на банку сбоку луч фонарика. Жидкость в банке станет голубоватой.

3) Перемести фонарик так, чтобы он светил прямо на тебя сквозь банку. Теперь жидкость выглядит красной.

Что происходит? Капельки молока в воде, как и молекулы воздуха в небе, рассеивают свет разных цветов в разных направлениях. Этим и объясняется, почему в одно время суток небо кажется нам голубым, а в другое – красным (на закате).

Материал подготовлен методистами ГМЦ ДОгМ А.Ю. Белышевым и О.А. Рыжиковой

Почему небо голубое?

Наверно, каждый хотя бы раз в жизни сталкивался с этим простым вопросом: почему чистое, безоблачное небо голубое или синее? Очевидно, из-за воздуха, которым мы дышим, из-за атмосферы Земли! Вероятно, воздух у нас «синего цвета» или что-то вроде этого. Он только кажется прозрачным, а на больших расстояниях самолеты, горы, корабли как бы находятся в голубоватой дымке… Такие рассуждения не снимают главный вопрос: почему небо голубое? Не раскрашен же воздух синей краской!

Так как воздух рассеивает синий цвет, небо кажется голубым, а само Солнце — желтым. Больше того, на закате, когда солнечный свет проходит через бо́льшую толщу атмосферы, мы видим красное Солнце и зарю, окрашенную в желто-красные цвета. Все это возможно только потому, что синий свет рассеивается атмосферой по пути к нам.

Но откуда вообще взялся синий свет? Начнем с того, что белый свет от Солнца — это смесь всех цветов радуги, от фиолетового до красного. Стоп, скажете вы, свет Солнца белый? Да, свет, идущий от Солнца, практический белый. Второй момент: мы сейчас говорим о свете, а не о цвете. Если смешать краски разных цветов, то мы, конечно, получим нечто почти черное.

Цвет света — это не цвет какого-либо предмета. Если смешать красный, желтый, оранжевый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый свет примерно в равном количестве, мы получим белый свет. Первым продемонстрировал это Исаак Ньютон, использовав призму для разделения разных цветов и формирования спектра.

Ученые выяснили, что разноцветный свет это всего лишь свет разных длин волн. Видимая часть спектра варьируется от красного света с длиной волны около 720 нм до фиолетового с длиной волны около 380 нм, между которыми расположены оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий цвета. Три различных типа цветовых рецепторов в сетчатке человеческого глаза наиболее сильно реагируют на красные, зеленые и синие длины волн, в сумме давая нам все разнообразие красок.

Да, так что там говорит физика о том, почему небо голубое?

Эффект Тиндаля

Первые шаги к правильному объяснению цвета неба сделал Джон Тиндаль в 1859 году. Он обнаружил любопытный эффект: если пропустить свет через прозрачную жидкость, в которой взвешены мелкие частички, то голубой свет будет рассеиваться этими частичками сильнее, чем красный свет.

Это можно легко продемонстрировать. Возьмите стакан с водой и размешайте в нем несколько капель молока, немного муки или мыла, так чтобы вода в стакане стала мутной. Затем пропустите через стакан свет фонарика. Вы увидите, что свет внутри стакана стал голубоватым. Вернее, голубоватым стал тот свет, который попал вам в глаза из стакана, то есть был отклонен и рассеян в растворе!

Но самое интересное, что свет на выходе из стакана, потеряв часть своей синей составляющей, будет уже не белым, а желтоватым! Если взять достаточно широкую емкость, то свет, многократно рассеявшись в дороге, окончательно потеряет синюю составляющую и выйдет из емкости уже не желтым, а красным.

Эффект Тиндаля касается рассеяния света в мутных жидкостях. Частички в такой жидкости должны иметь особую структуру поверхности — бороздки, решетки, поры, углы, размер которых сопоставим с длиной световой волны.

Благодаря эффекту Тиндаля существуют красивые голубые рачки сапфириниды. Эти крохотные, будто светящиеся изнутри, животные иногда становятся совершенно невидимыми для наблюдателя (рассеяние света уходит в ультрафиолетовую область)…

Эффект Тиндаля несет ответственность и за голубые глаза у людей!

Да-да, голубые глаза создает вовсе не голубой пигмент — его там попросту нет — но меланин, который рассеивает свет соответствующим образом!

Несколько лет спустя эффект Тиндаля был подробно изучен лордом Рэлеем. С тех пор рассеяние света на очень маленьких частицах стало называться рэлеевским рассеянием. Рэлей показал, что количество рассеянного света обратно пропорционально четвертой степени длины волны для достаточно мелких частиц. Отсюда следует, что синий свет на таких частицах рассеивается больше, чем красный, примерно в 10 раз: (700 нм/400 нм) 4 = 10

Пыль или молекулы?

Все это прекрасно, но наше небо заполнено воздухом, а не жидкостью, и в небе не плавают кусочки мыла или молока… Что за частицы рассеивают свет в воздухе? Тиндаль и Рэлей полагали, что голубой цвет неба должен быть из-за мелких частиц пыли и капель водяного пара, которые взвешены в атмосфере в точности как частички молока взвешены в воде.

Это ошибочное мнение, хотя и сегодня некоторые люди говорят, что цвет неба определяется паром и пылью. Если бы это было так, то цвет неба менялся бы гораздо сильнее в зависимости от влажности или тумана, чем он меняется на самом деле. Поэтому ученые предположили (правильно!), что для объяснения рассеяния достаточно молекул кислорода и азота. Это сам воздух, вернее, его молекулы рассеивают свет!

Голубое небо и облака на нем. Воздух рассеивает свет в соответствии с рэлеевским рассеянием, а более крупные частички облаков в соответствии с рассеянием Ми. Фото: Andrei Azanfirei/Flickr.com

Вопрос окончательно решил Альберт Эйнштейн в 1911 году, который рассчитал детальную формулу для рассеяния света в зависимости от молекул и дальнейшие эксперименты блестяще подтвердили его вычисления. Говорят, Эйнштейн даже смог использовать свои расчеты в качестве дополнительной проверки числа Авогадро!

Почему небо голубое, а не фиолетовое?

Кстати, если синий свет рассеивается в 10 раз больше, чем красный, то еще более короткие фиолетовые волны должны рассеиваться больше, чем синие! Возникает вопрос: почему небо не выглядит фиолетовым?

Во-первых, спектр излучения света от солнца не является одинаковым на всех длинах волн — максимум энергии в спектре Солнца приходится на зеленый свет. Во-вторых, коротковолновый фиолетовый свет активно поглощается в верхних слоях атмосферы (как и ультрафиолет!), поэтому в до поверхности Земли доходит меньше фиолетового, чем синего.

Наконец, третья причина — наши глаза менее чувствительны к фиолетовому свету, чем к синему.

Кривые чувствительности для трех типов колбочек в человеческом глазу.

У нас есть три типа цветовых рецепторов, или колбочек, в сетчатке глаз. Их называют красными, синими и зелеными, потому что они наиболее сильно реагируют на свет именно на этих длинах волн. Но на самом деле, они способны улавливать и свет других длин волн, перекрывая весь спектр.

Когда мы смотрим на небо, красные колбочки реагируют на небольшое количество рассеянного красного света, но также — менее сильно — на оранжевые и желтые длины волн. Зеленые колбочки реагируют на жёлтые и более сильно рассеянные зелёные и зелено-синие волны. Наконец, синие колбочки стимулируются цветами синих длин волн, которые очень сильно рассеиваются. Если бы в спектре не было синего и фиолетового, небо казалось бы голубым с легким зеленоватым оттенком. Но наиболее сильно рассеивающиеся волны синего и фиолетового цветов слегка стимулируют и красные колбочки, поэтому эти цвета кажутся синими с добавленным красным оттенком. Общий эффект заключается в том, что когда мы смотрим на небо, красные и зеленые колбочки стимулируются примерно одинаково, а синие стимулируются сильнее. Эта комбинация в итоге и образует голубое или синее небо.

Прекрасные закаты

Что может быть красивее тихих закатов на берегу моря или в степи? Когда воздух чистый и прозрачный, закат будет желтого цвета, точно как луч фонарика, пересекший стакан с раствором мыла: часть синего света рассеется и общий цвет Солнца сместится к красному концу спектра.

Закаты Солнца могут быть чрезвычайно разнообразными по цветовой гамме в зависимости от состояния атмосферы. Фото: Alex Derr

Другое дело, если воздух загрязнен мелкими частицами — гарью, пылью, смогом. В этом случае закат будет оранжевым и даже красным. Закаты над морем также могут быть оранжевыми из-за частиц соли, взвешенных в воздухе, которые могут создавать эффект Тиндаля. Небо вокруг солнца видно покрасневшим, а также свет, идущий прямо от солнца. Это связано с тем, что весь свет рассеивается относительно хорошо под небольшими углами, но тогда синий свет с большей вероятностью будет рассеиваться дважды и более на больших расстояниях, оставляя желтый, красный и оранжевый цвета.

Облака, голубая Луна и голубая дымка

Облака и пылевая дымка кажутся белыми, потому что они состоят из частиц, больших длин волн света. Такие частицы будут одинаково рассеивать все длины волн (рассеяния Ми).

Но иногда в воздухе могут быть частицы гораздо меньших размеров. Некоторые горные районы славятся своей голубой дымкой. Аэрозоли терпенов из растительности вступают в реакцию с озоном в атмосфере, образуя мелкие частицы диаметром около 200 нм, которые отлично рассеивают синий свет.

Голубая дымка над заливом Котор в Черногории. Фото: Rocher/Flickr.com

Лесной пожар или извержение вулкана могут иногда заполнять атмосферу мелкими частицами диаметром 500–800 нм, что является подходящим размером для рассеивания красного света. Это дает противоположность обычному эффекту Тиндаля и может привести к тому, что Луна приобретет синий оттенок, так как красный свет от Луны рассеян этими частицами. Настоящая голубая Луна — очень редкое явление!

Почему небо Марса красное?

Вот мы добрались и до Марса, небо на котором, судя по снимкам марсоходов и автоматических спускаемых аппаратов, то рыжее, то песочно-желтое, то серовато-голубое… Какое оно на самом деле?

Согласно физике, марсианское небо должно быть голубым. Оно и есть голубое, но только когда атмосфера на Красной планете спокойна. Однако на Марсе, как известно, часто дуют ветра. Несмотря на то что атмосфера планеты крайне разрежена, ветра способны поднимать миллионы тонн песка и пыли устраивать настоящие песчаные бури. Некоторые бури способны скрыть почти всю поверхность Марса!

После таких бурь в воздухе еще долго остаются взвешенными частички богатой железом пыли. Цвет этой пыли красный (это ржавчина), соответственно и небо на Марсе окрашивается в желтовато-оранжевый цвет.

Отражательные туманности

Наконец, заглянем далеко в космос, туда, где сейчас рождаются звезды.

Комплекс туманностей ро Змееносца. Фото: Jim Misti/Steve Mazlin/Robert Gendler

Вот целый комплекс из космических газопылевых облаков, расположенный на границе созвездий Змееносца и Скорпиона. Обратите внимание: часть облаков ярко светится красноватым свечением, другая часть, наоборот, поглощает свет и напоминает черные провалы. Наконец, третья часть имеет голубоватый цвет.

Все три типа облаков состоят в основном из водорода с небольшой примесью пыли и молекул. Почему же они выглядят по-разному? Все дело в их температуре. Нагретые светом погруженных в них звезд, облака начинают сами светиться. Красное свечение — излучение водорода. Очень холодные облака, наоборот, поглощают свет и потому непрозрачны для нас. Наконец, холодные, но расположенные недалеко от ярких звезд облака выглядят голубоватыми. Они отражают свет звезд, рассеивая его так же, как и атмосфера Земли!

Почему небо голубое?

Когда ветер накидывает на красивое голубое небо белую пушистую прозрачную накидку, люди начинают всё чаще посматривать наверх. Если оно при этом ещё и надевает на себя большую серую шубу с серебряными нитями дождя, то окружающие прячутся от него под зонтами. Если наряд тёмно-фиолетового цвета, то все сидят дома и желают увидеть солнечное голубое небо.

И только когда появляется такое долгожданное солнечное голубое небо, которое одевает на себя ослепительно голубое платье, украшенное золотистыми солнечными лучами, люди радуются – и улыбаясь, покидают дома в ожидании хорошей погоды.

Теории ранних веков

Вопрос о том, почему небо голубое, волновал людские умы ещё с незапамятных времён. Греческие легенды нашли свой ответ. Они утверждали, что этот оттенок ему придаёт чистейший горный хрусталь.

Во времена Леонардо да Винчи и Гете также искали ответ на вопрос, почему небо голубое. Они считали, что голубой цвет неба получается при смешивании света с темнотой. Но позже эта теория была опровергнута как несостоятельная, поскольку оказалось, что комбинируя эти цвета, можно получить лишь тона серого спектра, но никак не цветного.

Через некоторое время ответ на вопрос, почему небо голубое, попытались объяснить в 18 веке Мариотт, Бугер и Эйлер. Они считали, что это естественный цвет частиц, из которых состоит воздух. Теория эта была популярна даже в начале следующего века, особенно когда было установлено, что жидкий кислород – голубого, а жидкий озон – синего тонов.

Первым более-менее толковую идею подал Соссюр, который предположил, чтобы если бы воздух был полностью чистым, без примесей, небо оказалось бы чёрным. Но поскольку атмосфера содержит в себе различные элементы (например, пар или водяные капли), то они, отражая цвет, придают небу нужный оттенок.

После этого учёные начали всё ближе и ближе подбираться к истине. Араго открыл поляризацию, одну из характеристик рассеянного света, который отбивается от небосвода. В этом открытии ученому однозначно помогла физика. Позже искать ответ принялись и другие исследователи. При этом вопрос, почему небо голубое настолько интересовал ученых, что для его выяснения было проведено огромное количество различных экспериментов, которые привели к мысли, что главная причина появления голубого цвета в том, что лучи нашего Солнца попросту рассеиваются в атмосфере.

Объяснение

Первым, кто создал математически обоснованный ответ молекулярного рассеяния света, оказался британский исследователь Рэлей. Он выдвинул предположение, что свет рассеивается не из-за примесей, которыми обладает атмосфера, а из-за самих молекул воздуха. Его теория получила развитие – и вот к каким выводам пришли учёные.

Солнечные лучи пробиваются на Землю через её атмосферу (толстый слой воздуха), так называемую воздушную оболочку планеты. Темное небо полностью наполнено воздухом, который несмотря на то, что полностью прозрачен, пустотой не является, а состоит из молекул газа – азота (78%) и кислорода (21%), а также водяных капель, пара, ледяных кристаллов и небольших кусочков твёрдого материала (например, частичек пыли, сажи, пепла, океанской соли и т.п.).

Некоторым лучам удаётся свободно пройти между газовыми молекулами, полностью минуя их, а потому без изменений достигнуть поверхности нашей планеты, но большинство лучей сталкиваются с газовыми молекулами, которые приходят в возбуждённое состояние, получают энергию и выпускают в различные стороны разноцветные лучи, полностью окрашивая небо, в результате чего мы видим солнечное голубое небо.

Белый свет сам по себе состоит из всех цветов радуги, которую нередко можно увидеть, когда он раскладывается на составные части. Так получилось, что молекулы воздуха больше всего рассеивают синий и фиолетовый цвета, поскольку они являются наиболее короткой частью спектра, поскольку имеют наименьшую длину волны.

При смешивании в атмосфере синего и фиолетового цветов с небольшим количеством красного, жёлтого и зелёного, небо начинает «светиться» голубым цветом.

Поскольку атмосфера нашей планеты не однородна, а довольно разная (возле поверхности Земли более плотная, чем наверху), она имеет разную структуру и свойства, мы можем наблюдать переливы голубого цвета. Перед закатом или восходом, когда длина солнечных лучей значительно увеличивается, синие и фиолетовые цвета рассеиваются в атмосфере и до поверхности нашей планеты абсолютно не доходят. Успешно добираются жёлто-красные волны, которые мы и наблюдаем на небосводе в этот период времени.

Окрас неба на других планетах

Поскольку цвет неба во многом зависит от атмосферы, нет ничего удивительного в том, что на разных планетах оно различного цвета. Интересно, что такого же цвета, как на нашей планете, атмосфера у Сатурна.

Очень красивого аквамаринового цвета небеса Урана. Атмосфера на нём состоит в основном из гелия и водорода. В ней также присутствует метан, который полностью поглощает красный и рассеивает зелёный и голубой цвета. Синего цвета небеса Нептуна: в атмосфере этой планеты нет столько гелия и водорода, как у нашей, но много метана, который нейтрализует красный свет.

Атмосфера на Луне, спутнике Земли, а также на Меркурии и Плутоне полностью отсутствует, следовательно, световые лучи не отражаются, поэтому небесный свод здесь чёрный, а звёзды легко различимы. Синие и зелёные цвета солнечных лучей полностью поглощаются атмосферой Венеры, и когда Солнце возле горизонта, небеса здесь жёлтые.

В воздухе Марса присутствует чрезвычайно много пыли красного цвета. Небо там днём жёлто-оранжевого оттенка, около Солнца – голубовато-фиолетового, во время восхода и захода – красновато-розовое, и оно является негативом нашей планеты.

Небо Юпитера всегда пасмурное. По некоторым предположениям, у него нет твёрдой поверхности. Он полностью состоит из газа, который чем ближе к ядру, тем становится плотнее, а над собой образует облака. Самые нижние голубого цвета, над ними – коричневые и белые, ещё выше – красные. Верхний слой этой планеты состоит из многокилометрового серого тумана.

Почему небо голубое?

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.

Почему небо голубое?

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.

  • С увеличением высоты температура быстро растёт.

Термосфера — простирается до высот примерно 400 км.

  • С увеличением высоты температура быстро возрастает из-за поглощения очень коротковолнового ультрафиолетового излучения.
  • Метеоры, или «падающие звёзды», начинают сгорать на высотах примерно 110-130 км над поверхностью Земли.

Экзосфера — простирается на сотни километров за Термосферу, постепенно переходя в космическое пространство.

  • Плотность воздуха здесь так низка, что применение понятия температуры теряет всякий смысл.
  • При столкновении друг с другом молекулы часто улетают в космос.
Ссылка на основную публикацию