Чому небо голубе. Почему небо голубое: как объяснить ребёнку и взрослому? Почему днем небо голубое

Известно, что небо голубого цвета – это причина взаимодействия озонового слоя и солнечного света. Но что конкретно происходит с точки зрения физики и почему небо голубое? Теорий на этот счёт существовало несколько. Все они, в конечном итоге, подтверждают, что основная причина – это атмосфера. Но также объясняется и механизм взаимодействия.

Главный факт касается солнечного света. Известно, что солнечный свет имеет белый цвет. Белый цвет – это сумма всех спектров . Он может быть разложен на радугу (или спектры) при прохождении через дисперсионную среду.

Исходя из этого факта, учеными было предложено несколько теорий.

Первая теория объясняла голубой цвет тем самым рассеянием на частицах в атмосфере. Предполагалось, что большое количество механической пыли, частичек пыльцы растений, водяного пара и других мелких включений работают как дисперсионная среда. В результате до нас доходит только спектр голубоватого цвета. Но как тогда объяснить, что цвет неба не меняется зимой или на севере, где таких частичек меньше или их природа отлична? Теория была довольно быстро отвергнута.

Следующая теория предполагала, что световой поток белого цвета проходит через атмосферу, которая состоит из частиц. При прохождении через их поле светового луча частицы возбуждаются. Активированные частицы начинают испускать дополнительные лучи. Это и окрашивает солнечный цвет в голубоватый цвет. Белый свет помимо механического рассеивания и его дисперсии активирует и частицы атмосферы. Явление напоминает люминесценцию. На данный момент это объяснение является .

Последняя теория наиболее простая и она является достаточной для объяснения основной причины явления. Смысл ее очень похож на предыдущие теории. Воздух способен рассеивать свет по спектрам. Именно это является основной причиной голубого свечения. Свет с короткой длиной волны рассеивается интенсивнее, чем с короткой. Т.е. фиолетовый цвет рассеивается сильнее, чем красный. Этот факт объясняет изменение цвета неба на закате. Достаточно изменить угол солнца. Это и происходит при вращении земли, и цвет небосвода меняется на оранжево-розовый на закате. Чем выше солнце над горизонтом, тем более голубой свет мы будем видеть. Причина всему – та самая дисперсия или явление разложения света по спектрам.

Кроме всего этого, нужно понимать, что нельзя исключать все обозначенные выше факторы. Ведь каждый из них дает некоторый вклад в общую картину. Например, несколько лет назад в Москве в результате обильного цветения растений весной образовалось плотное облако пыльцы. Оно окрасило небо в зеленый цвет. Это довольно редкое явление, однако оно показывает, что отвергнутая теория про микрочастицы в воздухе также имеет место быть. Правда, теория эта не является исчерпывающей.

Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший – синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух – бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом – синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

Существует миллионы вопросов, на которые будучи в детьми, мы не получаем ответа, а повзрослев просто стесняемся спросить. Одним из таких вопросов без ответа: «почему небо голубое». И все бы ничего, и без этих знаний можно прожить, но когда ребенок начинает задавать такие каверзные вопросы своим родителям — им часто становится стыдно, и они начинают менять тему. Далее ребенок вырастает не зная ответа, у него появляются свои дети и все снова повторяется. Давайте же разорвем этот «порочный круг» и разберемся в причинах почему небо синее. Рассмотрим вопрос со всех возможных точек зрения.

Явление голубого неба с точки зрения физики

Давайте сразу разберемся, небо голубое потому что атмосфера земли рассеивает свет солнца. Все исследования, проводимые последние 200-300 лет, сводятся именно к этому. Рассмотрим несколько аксиом, которые влияют на явление голубого неба:

1. Белый свет солнца — это сочетание различных цветовых потоков. Белый цвет «отдельно» не существует. Как всем известно есть только 7 цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), остальные цвета получаются только при их сочетании. Белый цвет получается при сочетании всех семи цветов. Стоит учесть, что имеются ввиду именно цвета, которые мы можем различить глазом.
2. Атмосфера — не пустота, она состоит из многих газов: азот (78%), кислород (21%), углекислый газ, вода в различных ее состояниях (пар, кристаллы льда). Также вокруг нас витает много пыли, элементов различных металлов. Все они искажают белый свет солнца.
3. Воздух, который нас окружает и которым мы дышим, на самом деле непрозрачный. Во всяком случае, в больших объемах. Мы же не в вакууме живем все-таки.

От этих трех фактов и будем отталкиваться далее.

История

Еще в 19-ом веке ученый по имени Джон Тиндалл провел исследования, которые доказали, что мы видим небо синим из-за частиц в атмосфере. У себя в лаборатории он искусственно создал туман с частицами пыли и направил на него яркий белый луч — цвет тумана поменялся на голубоватый. Спустя 30 лет, в 1899 году ученый-физик Рэлей опроверг исследования своего предшественника и опубликовал доказательства того, что небо голубое именно благодаря молекулам воздуха , а не пыли в нем. Называется данное явление «диффузным излучением неба » подробно об этом можно прочесть в «Википедии» .

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. (Источник: Википедия)

Что такое свет? Свет — это поток фотонов, некоторые мы можем уловить глазом, а некоторые нет. Так, например, стандартный спектр цветов мы видим, а ультрафиолетовый, который также излучает солнце — нет. Какой цвет в итоге мы увидим зависит от «длины волны» этого потока. От этой длины волны и зависит какой цвет получится.

Так вот. Мы определили, что солнце посылает нам кванты с длиной волны, которая соответствует белому цвету, но как он проходя через атмосферу превращается в голубой цвет? Рассмотрим на примере радуги. Радуга — является прямым примером преломления света и разделения его на спектр. Создать свою радугу можно с помощью стеклянной призмы в домашних условиях. Разложение цвета на спектр называется дисперсией .

Так вот, наше небо выполняет функцию призмы. Большая часть белого света, проходя через молекулы газа в атмосфере, меняют длину своей волны. В итоге «выходя» из молекул фотоны имеют уже другой цвет. Этот цвет может быть как фиолетовый, красный, так и голубой и синий.

Почему мы видим именно голубой цвет, а не красный

Какой цвет мы в итоге увидим при прохождении света от солнца к земле зависит от того какие фотоны преобладают. Так например, при проходе света через атмосферу, количество квантов синего цвета в 8 раз больше чем красного, а фиолетового в 16 раз! Это связано с той самой различной длинной волны, так фиолетовый и синий сильно рассеиваются, а красный и желтый рассеиваются значительно хуже. Исходя из этой теории небо должно быть фиолетового цвета, но это не так. Это происходит из-за того, что фиолетовый гораздо хуже воспринимается глазом человека в отличии от синего. Вот поэтому небо голубого цвета .

Видео о том почему небо голубое:

Почему небо голубое днем, а закат красный

Все, опять-таки, связано с дисперсией цвета. Угол падения солнечного белого света становится меньше, и свет проходит большее количество молекул воздуха, увеличивается длина волны света. Такого количества достаточно для рассеивания до красного цвета.

Ответ на вопрос почему небо синее для детей

Если вопрос про голубое небо вам задал ребенок, вы конечно же не будете рассказывать ему про дисперсию, спектры и фотоны. Достаточно привести цитату из детской книги «100 детских «Почему» Яценко Татьяны:

Обычно мы рисуем солнечные лучи жёлтыми. А на самом деле свет солнца - белый и состоит из семи цветов. Это цвета радуги: красный , оранжевый , жёлтый , зелёный , голубой , синий , фиолетовый . Воздух пропускает не все цвета, только голубой, синий и фиолетовый. Они и раскрашивают небо.

Этого будет достаточно. У нас на сайте вы также можете скачать презентацию на тему: «Почему небо голубое» по ссылке: Она может пригодится на занятиях в школе.

Почему небо голубое? Трудно найти ответ на такой простой вопрос. Многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предложил около 100 лет назад английский физик лорд Джон Рэлей .

Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?

Белый свет — это смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу.

Призма раскладывает белый луч на цветные полосы:

■ Красную

■ Оранжевую

■ Желтую

■ Зеленую

■ Голубую

■ Синюю

■ Фиолетовую

Соединяясь вместе, эти лучи вновь образуют белый свет. Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.

Так почему же небо голубое?

Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,- это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Некоторые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.

В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий цвет. Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет, и мы могли бы любоваться ярким белым небом. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение:

Именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.

Основная теория о голубом цвете неба

Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем испускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета - от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.

Каков результат? Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из миллиардов молекул газов атмосферы. К этому свету примешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто синего тона.

Почему тогда закат красный?

Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.

Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.

Научное объяснение

Выше мы дали ответ сравнительно простым языком. Ниже мы процитируем обоснование с использованием научных терминов и формул.

Отрывок из Wiki:

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ 4 , λ — длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается в приблизительно 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым лучам).

Во время заката и рассвета свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.

Вероятно, при другом составе атмосферы, например, на других планетах цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый.

Рассеяние и поглощение - главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ 4 . При бо́льших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.

> > Почему небо синее

Для детей будет интересно узнать, почему небо синее с фото: атмосфера Земли, влияние состава, движение света по волне, отражение, поглощение и рассеивание.

Расскажем о том, почему небо синее на доступном для детей языке. Данная информация будет полезна детям и их родителям.

Когда дети смотрят на небо, то видят бесконечную синеву. Многие даже проводят весь день на траве, наблюдая за облаками и цветом неба. Пришло время объяснить детям , почему же небо все-таки синее.

Чтобы дать полное объяснение для детей , родители должны рассмотреть причины, которые могут привести к такому явлению. Но это может быть сложно. В школе вы слышали о существовании атмосферы. Это смесь молекул (различные газы), окружающие планету. В зависимости от расположения вашей страны и города, в атмосфере может быть больше воды (возле океана) или пыли (если рядом есть вулкан или пустыня).

Дальше для самых маленьких необходимо объяснить понятие световых волн. Свет – это энергия, передающаяся в волнах. Каждый тип определяет свою волну, колеблющуюся в магнитных и энергетических полях. Свет делится на очень много типов, которые могут иметь более длинную (или короткую) длину. Дети должны запомнить, что свет входит в большую группу – «электромагнитные поля». Видимый (который мы наблюдаем своими глазами) – его часть. Он состоит из целого потока цветов, а именно всего спектра радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.

Свет движется по прямой линии, которую называют «скоростью света». Он путешествует, пока не наталкивается на препятствие в виде пылинки или капли воды. Дальше все зависит от размера длины волны и объекта. Пыль и вода больше длины волны, поэтому свет отскакивает – «отражение». Он распространяется в различных направлениях, но остается белым, потому что продолжает содержать в себе весь радужный спектр. А вот молекулы газа меньше. Поэтому нужно объяснить детям , что это столкновение приводит к иным результатам.

В этом случае, свет не отражается, а поглощается молекулой. Тогда она наполняется и начинает излучать часть цвета. Хотя теперь она все также содержит весь спектр, но выделяет конкретный. Высокочастотный (синий) поглощается быстрее, чем низкочастотный (красный). Этот научный процесс обнаружил и описал в 1870-х годах английский физик лорд Джон Рэлеем. Именно поэтому явление назвали «рэлеевским рассеиванием».

Это и есть та причина, почему мы любуемся синим небом. Когда свет проходит по воздуху, не задействуется красная или желтая часть. А вот синий поглощается и отражается. Особенно четко это заметно, если смотреть на горизонт на расстоянии. Синий цвет тогда кажется светлее. Теперь вы знаете, какой цвет неба и как он появляется.