Чому небо блакитне
Ми бачимо небо блакитним, а Сонце жовтим.
Чи ні?
І чи може колір неба бути інакшим?
Основним джерелом світла на Землі є Сонце.
Величезна, масивна, гаряча газова куля, температура поверхні якої сягає неймовірних 5800 Кельвінів.
Звісно, Сонце не має твердої поверхні, як Земля.
І під словом "поверхня" ми маємо на увазі найглибший видимий шар атмосфери Сонця, який має назву фотосфера.
Саме з цього шару випромінюється майже вся енергія видимої частини спектру.
І це випромінювання ми називаємо світлом.
Світло — це електромагнітна хвиля, яка поширюється з максимально можливою для нашого всесвіту швидкістю - 300 тисяч кілометрів на секунду.
Хоча Сонце за спектральною класифікацією відносять до жовтих карликів, ми бачимо його білим.
Звісно ж, це справедливо, якщо земна атмосфера не впливає на спостереження.
Сонце буде білим лише для спостерігача, який перебуває у космосі.
Гаразд, але ж білий — це не колір?
Можливо, ви чули, що білий — це усі кольори разом.
І скільки ж існує тих кольорів?
6, 7 чи 10?
Насправді, поділ на кольори умовний.
Це лиш частини непереривного спектру, який можна поділити на довільну кількість частин.
Колір — це не об’єктивна, а суб’єктивна характеристика світла, оскільки визначається на основі нашого зорового відчуття.
Наші очі й наш мозок дозволяють перетворити певну енергію електромагнітної хвилі у колір.
Кожному кольору відповідає певний діапазон довжин хвиль.
Ми бачимо випромінювання, якщо довжина його хвилі потрапляє у діапазон від 380 до 740 нанометрів.
І найкоротші хвилі — це фіолетова частина спектру, найдовші — червона, а десь посередині лежить зелена ділянка.
Білим називають світло, у якого є всі довжини хвиль, або всі кольори.
І білим ми називаємо об’єкт, який випромінює, або відбиває таке світло.
Але виявляється, що потужність випромінювання Сонця не однакова для різних кольорів.
Максимальною вона є для зеленого кольору.
Інакше кажучи, яскравість Сонця максимальна для зеленої ділянки спектру.
Потужність випромінювання для решти кольорів зменшується при віддаленні від зеленого.
Але відбувається не симетрично.
Вбік червоного кольору потужність знижується плавно, тоді як у бік фіолетового зниження відбувається різкіше.
Тож, загалом, сонячне світло з такими особливостями його спектру сприймається нами як біле.
Але, говорячи про сонячне світло, нам потрібно враховувати атмосферу, адже вона поглинає, заломлює і розсіює його.
І саме через розсіювання небо вдень не прозоре і має блакитний колір.
Інтенсивність розсіювання світла тим більше, чим нижче довжина хвилі.
Тобто фіолетове світло розсіюється більше, ніж синє, а синє більше, ніж блакитне, блакитне більше, ніж зелене, і так далі аж до червоного.
Ця залежність не лінійна.
Я лиш зазначу, що ступінь розсіювання досить швидко спадає при зміщенні в бік червоного кольору.
Часто можна почути, що світло розсіюється на окремих молекулах.
Але, насправді, розсіювання відбувається на флуктуаціях густини нашої атмосфери.
Але, оскільки, фіолетовий колір розсіюється найбільше, то небо повинно бути фіолетовим?
Але, ми всі знаємо, що це не так!
Бачите, у фіолетовій ділянці спектру потужність випромінювання низка, тож розсіяне світло теж матиме малу інтенсивність.
А синє світло, інтенсивність якого у спектрі набагато більша, хоч і розсіюється менше, але дає основний вклад у колір неба.
Тож, колір неба — це суміш великої розсіяного синього і фіолетового, і малої кількості решти кольорів.
Тому загальна картинка сприймається нами блакитною.
Це все справедливо, якщо ви знаходитесь не дуже високо над рівнем моря.
Якщо підніматися вгору, то окрім зниження яскравості, колір неба зміщуватиметься в бік фіолетового кольору.
Якщо б наша атмосфера мала більшу товщину і щільність, то і небо було б зеленого, жовтого і навіть оранжевого відтінку, як на Венері.
Наприклад, на висоті 5 кілометрів небо вже синє, а на висоті більш як 15 кілометрів воно темно-фіолетове.
Ну а вище 100 кілометрів яскравість неба стає настільки малою, що ми перестаємо розрізняти його кольори.
Звісно, світло решти кольорів також розсіюється.
Вдень це майже непомітно, але зранку, чи ввечері, коли світло змушене проходити великий шлях в атмосфері, розсіювання навіть оранжевого кольору стає помітним.
Це і зумовлює вигляд безхмарного неба біля горизонту під час сходу або заходу Сонця.
Ще на колір неба впливають: наявність твердих частинок в атмосфері; її вологість; висота точки спостереження над горизонтом; а також кутова відстань від Сонця.
Звісно, слід враховувати й спектральну чутливість нашого ока, яка теж не однакова в різних ділянках спектру.
Отож, вдень безхмарне небо випромінює багато світла, і це світло — блакитно-синє.
Але це не означає, що небо випромінює якусь одну довжину хвилі.
Це зовсім не так.
Ми бачимо результат розсіювання сонячного світла в атмосфері Землі.
І це пояснює, чому Сонце при погляді із поверхні Землі — жовте.
Фіолетово-синя частина білого світла була розсіяна атмосферою, тому те світло, яке досягає наших очей буде білим мінус синє, тобто на вигляд жовтим.
Отже, Сонце жовте, тому що небо блакитне!
