Чаму неба блакітнае: астранамічнае тлумачэнне
Блакітнае неба — адна з прыродных прыгажосцей, якімі мы любуемся кожны дзень. Аднак, ці задумваліся вы калі-небудзь, чаму неба блакітнае? Гэтае пытанне можа здацца простым, але навуковы адказ патрабуе даволі глыбокіх фізічных канцэпцый. У гэтым артыкуле мы разгледзім некаторыя астранамічныя тлумачэнні гэтай з'явы і зразумеем, што на самой справе адбываецца ў атмасферы Зямлі, што робіць неба блакітным.
Асноўныя прынцыпы святла і распаўсюджвання святла
Каб зразумець, чаму неба блакітнае, нам спачатку трэба зразумець некаторыя асноўныя прынцыпы святла. Святло бывае розных даўжынь хваль, кожная з якіх вызначае пэўны колер. Белае святло ад сонца насамрэч складаецца са спектру розных колераў, якія, калі іх змяшаць, здаюцца нашым вачам белымі. Гэта можна ўбачыць у вясёлках, якія з'яўляюцца, калі сонечнае святло аддзяляецца кропелькамі вады ў атмасферы.
Адзін з фундаментальных прынцыпаў фізікі святла — гэта з'ява, вядомая як рассеянне. Рассеянне святла адбываецца, калі светлавыя хвалі сутыкаюцца з драбнюткімі часціцамі ў атмасферы, такімі як малекулы газу і часціцы пылу. Гэта рассеянне можа адбывацца ў некалькіх формах, але адна з найважнейшых у кантэксце блакітнага неба вядомая як рэлееўскае рассеянне.
Рэлееўскае рассеянне
Джон Уільям Страт, больш вядомы як лорд Рэлей, быў навукоўцам, які першым даў матэматычнае тлумачэнне рассейвання святла на малюсенькіх часціцах. Гэтая з'ява цяпер называецца рэлееўскім рассейваннем. Рэлееўскае рассейванне тлумачыць, як святло падвяргаецца рознаму рассейванню ў залежнасці ад даўжыні хвалі. Рэлееўскае рассейванне больш эфектыўнае для больш кароткіх даўжынь хваль, такіх як сіні і фіялетавы, чым для больш доўгіх даўжынь хваль, такіх як чырвоны і жоўты.
Паколькі малекулы газу ў зямной атмасферы (асабліва азот і кісларод) больш эфектыўна рассейваюць сіняе святло, гэты колер становіцца больш дамінантным удзень, калі прамыя сонечныя прамяні дасягаюць нашай атмасферы. Гэта ў значнай ступені адказвае на пытанне, чаму неба здаецца блакітным удзень.
Чаму не Віялета?
А як наконт фіялетавага колеру? Фіялетавы колер таксама мае кароткую даўжыню хвалі і таму рассейваецца малекуламі газу ў атмасферы. Аднак прычына, па якой мы не бачым фіялетавага неба, заключаецца ў дзвюх асноўных прычынах. Па-першае, чалавечае вока больш адчувальнае да сіняга, чым да фіялетавага. Наша сятчатка ўтрымлівае тры тыпы колбачак, кожная з якіх адчувальная да чырвонага, зялёнага і сіняга колераў. Колбачакі, адчувальныя да сіняга, таксама ў пэўнай ступені адчувальныя да фіялетавага, але не так моцна, як да сіняга.
Па-другое, большая частка фіялетавага святла сонца паглынаецца азонавым слоем у верхніх слаях атмасферы. Гэта азначае, што да паверхні Зямлі дасягае значна менш фіялетавага святла, чым сіняга, з-за чаго неба здаецца нам блакітным.
Эфекты змяркання і світання
На захадзе або ўзыходзе сонца мы часта бачым на небе такія колеры спектру, як чырвоны, аранжавы і жоўты. Гэта адбываецца таму, што нізкае размяшчэнне сонца на гарызонце азначае, што яго святло павінна праходзіць праз больш тоўсты пласт атмасферы, чым калі сонца знаходзіцца ў зеніце. Падчас гэтага больш доўгага шляху большая частка сіняга і фіялетавага святла рассейваецца па-за межамі нашага зроку, пакідаючы больш менш рассеяных чырвоных і аранжавых даўжынь хваль, якія дасягаюць нашых вачэй.
Гэтую з'яву таксама можна растлумачыць прынцыпам рассейвання Мі, які апісвае рассейванне святла буйнымі часціцамі ў атмасферы, такімі як пыл, дым і кроплі вады. Рассейванне Мі не мае перавагі даўжыні хвалі, як рассейванне Рэлея, але гэтыя буйныя часціцы больш эфектыўныя на больш доўгіх хвалях, тым самым падкрэсліваючы чырвоны і аранжавы колеры ў змярканне і на світанні.
Варыяцыі колеру неба на іншых планетах
Цікава, што колер неба на Зямлі не з'яўляецца ўніверсальнай з'явай. Неба на іншых планетах Сонечнай сістэмы можа мець розныя колеры з-за рознага складу атмасферы і шчыльнасці часціц. Напрыклад, неба на Марсе выглядае чырванаватым, а частка сонечнага святла на паверхні планеты выглядае ружовай. Гэта выклікана чырвонымі часціцамі пылу, якія запаўняюць марсіянскую атмасферу і рассейваюць святло па-рознаму.
З іншага боку, Тытан, адзін са спадарожнікаў Сатурна, мае шчыльную атмасферу і багатую метанам смугу. Сонечнае святло, якое праходзіць праз атмасферу Тытана, рассейваецца на часцінках метану, ствараючы карычнева-аранжавы адценне на небе.
Выснова
Блакітнае неба з'яўляецца вынікам складанага ўзаемадзеяння паміж сонечным святлом і зямной атмасферай. Прынцып рэлееўскага рассейвання тлумачыць, чаму сіняе святло больш рассейваецца малекуламі атмасфернага газу, у той час як адчувальнасць чалавечага вока і фільтрацыя фіялетавага святла азонавым пластом тлумачаць, чаму наша неба не выглядае фіялетавым. Гэтая з'ява нагадвае нам пра цуды фізікі і прыгажосць прыроды, якую мы назіраем кожны дзень, дэманструючы, што навуковыя веды могуць палепшыць наша разуменне, здавалася б, простых рэалій вакол нас.
Гэтая з'ява таксама натхняе нас глыбей паглядзець і даследаваць іншыя аспекты нашага Сусвету, у тым ліку тое, як прынцыпы, якія мы вывучаем на Зямлі, можна прымяніць для разумення атмасферных і нябесных умоў на іншых планетах і спадарожніках нашай Сонечнай сістэмы. Дзякуючы больш глыбокім даследаванням і вывучэнню мы можам лепш зразумець прыгажосць і складанасць Сусвету.
