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 цвет неба голубой, а вот закаты алые?
Все дело в том, что свет красного цвета обладает самой большой длиной волны. Благодаря этому красный цвет может пробиваться сквозь толщину земной атмосферы даже тогда, когда солнечный свет полностью исчез за линией горизонта.
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.
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
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.
Вы когда-нибудь задумывались, а почему небо голубое?
Ответ кроется в природе солнечного света и тем, как он взаимодействует с атмосферой Земли.
Солнечный свет кажется белым с желтоватым оттенком, но самом деле он состоит из всех цветов радуги. Когда свет проходит через нашу атмосферу, он рассеивается во всех направлениях газами и частицами в воздухе. Синий свет рассеивается больше, чем другие цвета, потому что он имеет меньшею длину волны. Вот почему мы видим небо голубым большую часть времени.
Свет — это одна из форм электромагнитного излучения, т.е он является волной.
Диаграмма выше показывает волну света. Синие линии показывают напряженность электрического поля. Длина волны — это расстояние между последовательными пиками, обозначенными на диаграмме буквой A, или последовательными впадинами, обозначенными на диаграмме буквой B. Длины волн настолько малы, что их обычно измеряют в нанометрах (нм). 1 нм равен одной миллиардной части метра. Человеческий глаз чувствителен к свету с длинами волн в диапазоне от 380 нм до 750 нм, и мы видим разные длины волн света как разные цвета.
Глаза видят длины волн следующим образом:
- От 380 до 430 нм как фиолетовый
- От 430 до 450 нм как темно-синий
- От 450 нм до 500 нм как голубой цвет
- От 500 до 570 нм как зеленый цвет
- От 570 до 600 нм как желтый
- От 600 нм до 630 нм как оранжевый
- Красный от 630 до 750 нм
Большинство источников света, в том числе и Солнце, производят световые волны со смесью разных длин волн. Если количество света на разных длинах волн (или цветах) присутствует в примерно равных пропорциях, то глаз видит смесь цветов как белый.
Рассеяние света
В конце девятнадцатого века британский физик лорд Рэлей (1842-1919) объяснил феномен, который сейчас называется рэлеевским рассеянием.
Рэлею удалось показать, что когда луч света, проходит через воздух, небольшое количество света рассеивается во всех направлениях, из-за взаимодействия с отдельными молекулами в атмосфере. Это показано на диаграмме ниже.
Кроме того, он смог показать, что доля энергии в рассеянном пучке света зависит от двух вещей:
- Во-первых, от количества молекул воздуха, с которыми сталкивается пучок света. Чем больше молекул воздуха или большее количество атмосферы встречается с лучом света, тем больше рассеивание.
- Во-вторых, чем короче длина волны света, тем больше рассеивание. Поэтому, если мы возьмем луч света, такой как у Солнца, который содержит несколько цветов, тогда более короткие волны (фиолетовый и синий свет) рассеиваются больше, чем более длинные волны, такие как оранжевый и красный. Это показано на графике ниже.
Голубое небо, которое мы видим, — это синий свет от Солнца, который излучается молекулами воздуха во всех направлениях посредством рассеяния Рэлея. Еще одна вещь, которую показывает диаграмма, это то, что фиолетовый свет имеет более короткую длину волны, чем синий, и он рассеивается еще больше. Тем не менее небо на Земле не фиолетовое. Это потому, что сила солнечного света не одинакова на всех длинах волн, он содержит относительно мало фиолетового по сравнению с синим.
Еще одним эффектом рассеяния является то, что цвет Солнца для наблюдателя на Земле кажется скорее желто-оранжевым, чем белым. Хотя баланс цветов таков, что солнечный свет становится белым, когда покидает поверхность Солнца, но когда он сталкивается с атмосферой, атмосфера рассеивает свет коротких волн (фиолетового, синего и зеленого) больше, чем длинных волн (желтый, оранжевый и красный), и в результате сочетание цветов выглядит скорее желтым, чем белым. Интересно, что когда космонавты смотрят на Солнце из космоса, оно кажется им белым.
Во время восхода и заката, когда Солнце находится под небольшим углом в небе, чуть выше горизонта, солнечные лучи должны пройти через сотни километров атмосферы, прежде чем вы их увидите. Поскольку солнечные лучи проходят через гораздо больше количество молекул в атмосфере, степень рассеяния также намного больше.
Как показано в таблице ниже, практически все более короткие и средние длины волн света (синий, зеленый и желтый цвета) удаляются из солнечных лучей, оставляя только более длинные волны (оранжевый и красный). Это объясняет, почему Солнце кажется красным на восходе и закате.
Небо на Луне
У Луны нет атмосферы. Поэтому рэлеевского рассеяния солнечного света не происходит, и небо кажется абсолютно черным. Солнце кажется более белым по цвету, потому что короткие волны не удалены из его света, как на Земле.
Одним интересным эффектом отсутствия атмосферы является то, что астронавтам Аполлона, которые ходили по Луне, было очень трудно судить, как далеко находились объекты. На Земле атмосфера заставляет отдаленные объекты выглядеть слегка туманными, но на Луне это не так.
Небо на марсе
У Марса очень тонкая атмосфера. Давление воздуха на Марсе составляет всего 0,7% от давления на Земле. Слишком мало атмосферы для рэлеевского рассеяния. До того, как первые космические зонды приземлились на Марсе в 1976 году, многие космические ученые ожидали, что небо на Марсе будет черным. На самом деле небо на Марсе красновато-коричневого цвета. Это происходит из-за мелких частиц красновато-коричневой пыли оксида железа, находящихся в марсианской атмосфере.
«Пап, мам, а почему небо голубое?» – сколько раз родители и более старшее поколение тушевались, услышав подобный вопрос от маленького ребёнка.
Кажется, люди с высшим образованием знают практически всё, однако такой интерес детей часто ставит в тупик. Возможно, физик с лёгкостью найдёт объяснение, удовлетворяющее малыша.
Однако «среднестатистические» родители не знают, что ответить ребёнку. Нужно разобраться, какое пояснение подойдёт детям, а какое – взрослому человеку.
Чтобы понять голубизну неба, необходимо вспомнить школьный курс физики. Цвета отличаются способностью к рассеянию (из-за длины волны) в газовой оболочке, окружающей Землю. Так, красный цвет обладает низкой способностью, поэтому его и применяют, например, в качестве наружного бортового освещения самолётов.
Таким образом, те цвета, которые обладают повышенной способностью к рассеянию в воздухе, активно применяют для маскировки каких-либо объектов от воздушных и наземных противников. Обычно это синие и фиолетовые части спектра.
Рассмотрим рассеяние на примере заката. Поскольку красный цвет отличается невысокой рассеивающей способностью, уход солнца сопровождается багрянцем, алыми всполохами и прочими оттенками красного. С чем это связано? Рассмотрим по порядку.
Рассуждаем дальше. Голубое и синее «отделение» спектра находится между зелёными и фиолетовыми цветами. Все эти оттенки отличаются высокой рассеивающей способностью. А максимальное рассеяние определённого оттенка в конкретной среде и окрашивает её в этот цвет.
Теперь нужно объяснить следующий факт: если фиолетовый оттенок лучше рассеивается в воздухе, почему небо голубое, а, к примеру, не фиолетовое. Объясняется этот феномен тем, что органы зрения человека при равной яркости «предпочитают» именно голубые оттенки, а не фиалковый либо зелёный.
Кто раскрашивает небо?
Как же ответить ребёнку, который увлечённо глядит на родителя и ожидает понятного и вполне чёткого ответа. Уход родителя от вопроса может обидеть малыша или разуверить его во «всемогуществе» мамы или папы. Каковы могут быть варианты объяснений?
Ответ № 1. Как в зеркале
Ребёнку в 2-3 годика крайне непросто рассказать про спектры, длину волн и прочие физические премудрости. Но отмахиваться не нужно, лучше дать максимальное простое объяснение, удовлетворив естественное любопытство, присущее крохотному ребенку.
На нашей Земле множество водоёмов: есть и реки, и озёра, и моря (показываем ребёнку карту). Когда на улице солнечно, водичка отражается, как в зеркальце, на небесах. Вот почему небо такое же голубое, как и водичка в озере. Можно показать ребенку в зеркале какой-либо голубой предмет.
Для детей раннего возраста подобное объяснение можно считать достаточным.
Ответ № 2. Брызги в решете
Ребенку постарше можно дать более реалистичное объяснение. Расскажите ему, что солнечный луч включает семь оттенков: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. В этот момент покажите рисунок радуги.
Все лучи проникают к Земле сквозь плотный воздушный слой, как будто через волшебное решето. Каждый лучик начинает разбрызгиваться на составляющие части, но голубой цвет сохраняется, поскольку является наиболее стойким.
Ответ № 3. Небо – это целлофан
Воздух вблизи нас кажется прозрачным, словно тонкий целлофановый пакет, однако его настоящий цвет – голубой. Особенно это заметно, если посмотреть на небеса. Предложите ребенку задрать голову и объясните, что поскольку воздушный слой очень плотный, то и принимает голубоватый оттенок.
Для большего эффекта возьмите целлофановый пакет и сложите его несколько раз, предложив ребёнку посмотреть, как он поменял окраску и степень прозрачности.
Ответ № 4. Воздух – это маленькие частички
Для детей дошкольного возраста подойдёт следующее объяснение: воздушные массы – это «смесь» разнообразных подвижных частиц (газ, пыль, сор, водяные пары). Они настолько малы, что разглядеть их могут люди со специальным оборудованием – микроскопами.
Солнечные же лучики включают в себя семь оттенков. Проходя через воздушные массы, луч сталкивается с маленькими частичками, в результате чего все цвета распадаются. Поскольку голубой оттенок – самый стойкий, его-то мы и различаем в небе.
Ответ № 5. Короткие лучики
Солнце нас греет своими лучиками, причём нам они кажутся жёлтыми, как в детских рисунках. Однако каждый луч на самом деле напоминает яркую радугу. А вот окружающий нас воздух включает множество незаметных глазу частиц.
Когда небесное светило отправляет на Землю лучи, не все из них попадают к месту назначения. Часть лучей (которая синяя) очень короткая и не успевает попасть на Землю, поэтому растворяется в воздухе и становится светлее. Небеса – тот же воздух, только находящийся очень высоко.
Вот почему когда ребёнок поднимает голову, то видит наверху растворённые в воздухе солнечные лучики. Именно поэтому небо и становится голубым.
Для детей очень важно получать быстрое объяснение, однако не всегда удаётся вспомнить либо придумать простой и доступный для понимания ответ. Уход от разговора – конечно, не самый лучший вариант развития событий, однако лучше всё же подготовиться.
Попробуйте объяснить ребёнку, что расскажете, однако сделаете это чуть позже. Обязательно следует указать точное время, иначе малыш подумает, что вы обманываете его. Можно сделать следующее:
- Вспомните о планетариях, в которых эксперты очень увлекательно объясняют историю появления Земли, говорят о звёздном небе. Малышу обязательно придётся по душе этот увлекательный рассказ. И даже если экскурсовод и не объяснит о том, откуда взялась голубизна неба, зато он узнает много нового и необычного.
- Если нет возможности сходить в планетарий либо вопрос остался без ответа, у вас останется время на поиск в любых источниках, например, в сети. Только подбирайте объяснение, ориентируясь на возраст и уровень интеллектуального развития детей. И не забудьте поблагодарить ребёнка, ведь именно он помогает вам развиваться.
Почему небо голубое? Подобные вопросы беспокоят многих малышей-почемучек, которые знакомятся с окружающим миром. Хорошо, если сам родитель знает, откуда берётся синева над головой. В этом помогут и наши варианты ответов.
Перед тем как рассказать свою версию, предложите ребёнку поразмышлять и выдвинуть собственную идею.
Таким нехитрым способом можно воспитать любознательного кроху, который всегда стремится найти объяснение каждому волнующему его факту.
Здравствуйте, я - Надежда Плотникова. Удачно отучившись в ЮУрГУ на специального психолога, несколько лет посвятила работе с детьми с проблемами в развитии и консультации родителей по вопросам воспитания малышей. Полученный опыт применяю, в том числе, и в деле создания статей психологической направленности. Конечно, ни в коем случае не претендую на истину в последней инстанции, однако надеюсь, что мои статьи помогут уважаемым читателям разобраться с какими-либо трудностями.
