Солнечный свет кажется белым, но состоит из множества длин волн, которые человеческий глаз воспринимает как разные цвета. Когда свет входит в атмосферу Земли, он взаимодействует с молекулами воздуха и частицами. Именно это взаимодействие делает дневное небо голубым, а закат — красным и оранжевым.
Почему синий свет рассеивается сильнее
Молекулы воздуха намного меньше длины волны видимого света. В таких условиях особенно важен механизм, который называют рэлеевским рассеянием. Его интенсивность очень сильно зависит от длины волны: коротковолновый свет рассеивается гораздо эффективнее длинноволнового.
Синие и фиолетовые компоненты солнечного света имеют более короткие волны, чем красные. Поэтому, проходя через атмосферу, они чаще меняют направление и приходят к наблюдателю со всех участков неба.
Почему небо не выглядит фиолетовым
Фиолетовый свет имеет ещё более короткую длину волны и рассеивается очень эффективно. Но человеческий глаз менее чувствителен к фиолетовой части спектра, а часть коротковолнового излучения дополнительно поглощается в атмосфере.
В итоге смесь рассеянного света воспринимается нами прежде всего как голубая. Оттенок может меняться в зависимости от влажности, аэрозолей и положения Солнца.
Что меняется вечером
Когда Солнце находится высоко, его лучам нужно пройти относительно короткий путь через атмосферу. На закате путь резко увеличивается: свет идёт к наблюдателю под малым углом и проходит через намного больший слой воздуха.
За этот длинный путь значительная часть синего света рассеивается в стороны. В прямом солнечном луче остаётся больше длинноволновых компонентов — жёлтых, оранжевых и красных. Поэтому Солнце и область вокруг горизонта меняют цвет.
Почему закаты бывают разными
Цвет зависит не только от молекул воздуха. Пыль, дым, морская соль и другие аэрозоли тоже рассеивают и поглощают свет. Их размер и концентрация меняют яркость и палитру заката.
Иногда большое количество частиц усиливает красные и оранжевые тона, но слишком плотная дымка может, наоборот, сделать закат тусклым. Поэтому одинаковое положение Солнца не гарантирует одинаковый цвет неба.
Почему облака часто белые
Капли воды в облаках гораздо крупнее молекул воздуха. Они рассеивают видимый свет менее избирательно по цвету, поэтому все длины волн смешиваются и облако выглядит белым или серым.
Если облако очень толстое, часть света многократно рассеивается и поглощается, поэтому его нижняя часть кажется тёмной. Это уже другой масштаб взаимодействия света с частицами.
Как выглядело бы небо без атмосферы
Если убрать атмосферу, рассеивать солнечный свет вокруг наблюдателя будет практически нечему. Поэтому даже при ярком Солнце фон неба выглядел бы чёрным, как на Луне.
Голубой цвет дневного неба — не собственный цвет воздуха, а результат того, как атмосфера перераспределяет свет по направлениям.
Почему на других планетах всё иначе
Цвет неба зависит от состава атмосферы и размеров взвешенных частиц. На Марсе, например, пыль рассеивает свет иначе, чем земной воздух, поэтому дневное небо часто выглядит красноватым, а область вокруг заходящего Солнца может иметь голубоватый оттенок.
Таким образом, дневная голубизна и красный закат — два проявления одного и того же принципа. Атмосфера сильнее рассеивает короткие волны, а длинные лучше проходят через большой слой воздуха по прямому направлению.