Красоту неба не раз изображали художники, описывали писатели и поэты, даже люди, очень далекие от искусства, засматриваются в эту манящую бездну, восхищаются нею, не находя ни слов, ни достаточных эмоций для выражения тех чувств, которые бередят душу и разум. Высь притягивает человека в любом амплуа, она прекрасна своей кристальной голубой гладью, не менее привлекательны и ее бурлящие потоки бело-серых туч, сменяемых легкими вкраплениями перистых облаков или пышных кучевых «барашков». И сколь бы меланхолично ни выглядело пасмурное небо, обволакивающее своей глубиной, оглушающее и давящее всей массой, оно также вызывает бурю эмоций и переживаний, навевая мысли на особую волну.
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.
Что если снится небо?
Черное небо, беспросветный мрак – очень плохой сон, предвещающий скорую смерть близкого по крови человека. Если же на небе виднелся хотя бы небольшой просвет, то трактовка уже будет совершенно иной. Как правило, подобный сюжет предвещает трудности, которые сновидец со временем сумеет преодолеть.
Небо, освещенное звездами или луной, также негативный знак, указывающий на получение неприятных новостей, сообщающих о несчастьях с близкими. Багряное небо предвестник ссор, разлада в семье, интриг на работе.
Если сновидец любуется розовым небом во сне, то это пророчит ему большую любовь, которая придет к нему в преклонном возрасте. Сновидение, в котором с неба сыпятся искры или падают звезды указывает на серьезную болезнь, а иногда и смерть покровителя или старшего в семье.
Сонник влюбленных чистое безоблачное небо трактует как путешествие, во время которого сновидец может встретить свою судьбу. Пасмурное небо сулит разочарование в партнере и женские слезы.
Сонник Миллера считает, что если небо во сне ясное и чистое. значит сновидцу будут оказаны исключительные почести. Багряное небо указывает на народные волнения, бунты. Если же небо затянуто облаками, значит судьба сновидца пока не ясна, но все решится в ближайшее время.
Звездное небо во сне указывает на самоотверженность спящего, который вступает на путь борьбы для достижения лучшей жизни, причем схватка будет успешной для него. Сновидение, в котором спящий взбирается по лестнице прямо на небо, указывает на повышение социального статуса, которое не принесет сновидцу особого удовольствия, поскольку он сам не приложит к этому никаких усилий.
Сонник колдуньи Медеи считает, что небо во сне характеризует душевное состояние сновидца. Если оно красивое и чистое, значит он ощущает гармонию с собой и легкость чувств. Мрачное, затянутое тучами небо предвещает трудности, неприятные события, которые могут угрожать здоровью сновидца.
Сновидец, любующийся звездами, которые усыпали чистое небо, в реальной жизни имеет высокие цели, которых обязательно добьется, однако ему для этого придется приложить много сил.
Расходящиеся облака на небе символизируют прояснение ситуации, в которую сновидец попал совершенно случайно.
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.
Почему небеса голубые с точки зрения науки: физики, химии?
Нашу планету окружает воздух, который образует атмосферу. В атмосферном воздухе содержится большое количество кислорода, углекислого газа, азота, паров воды, микроскопических пылинок, которые постоянно двигаются.
Солнечному свету удается проникнуть сквозь атмосферные слои воздуха. Газы, которые содержатся в воздухе, работают в разложении белого света на 7 составных частей, спектров. Это все цвета радуги и вот поэтому нам и кажется, что небо светло-синее. На Луне нет атмосферы и кажется, что она черного цвета. Космонавтам, выходящим на орбиту на космических кораблях, удается увидеть красивое черное бархатное небо со сверкающими звездами и планетами.
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.
Ученые нашли голубое небо на Плутоне и следы озер на Марсе
Ученым удалось обнаружить в атмосфере Плутона органические частицы, которые называются толинами. Сами они серого или красного оттенка. При отражении ими солнечного света, атмосфера этой планеты кажется светло-синей. Кроме этого, тут обнаружили несколько небольших участков, которые покрыты льдом.
Другое открытие имеет связь с планетой Марс. Ученые доказывают, что в далеком прошлом на протяжении многих лет, поверхность этой планеты была покрыта озерами. Незадолго до этого было несколько свидетельств о существовании соленой воды на Марсе. Именно поток соленой воды, как считают многие ученые, являются ответственными за то, что поверхность планеты имеет темные полосы. Они появляются в тот момент, когда температура на данной планете поднимается выше — 23 градусов. Исчезают, когда наступают холода.
