Прычына, чаму неба блакітнае
Блакітнае неба — гэта штодзённае відовішча, якое мы часта ўспрымаем як належнае. Аднак за гэтым прыгожым блакітным небам хаваецца захапляльная і даволі складаная фізічная з'ява. Чаму неба блакітнае? Каб зразумець гэтую з'яву, нам трэба паглыбіцца ў асноўныя паняцці фізікі атмасферы, рассейвання святла і ўзаемадзеяння паміж сонечным святлом і атмасферай нашай Зямлі.
Сонечнае святло і каляровы спектр
Сонечнае святло здаецца нашым вачам белым, але на самой справе яно складаецца з многіх колераў, якія можна ўбачыць у светлавым спектры. Гэты спектр складаецца з колераў вясёлкі: чырвонага, аранжавага, жоўтага, зялёнага, сіняга, індыга і фіялетавага. Кожны колер у спектры мае розную даўжыню хвалі, ад прыкладна 700 нанаметраў для чырвонага да прыкладна 400 нанаметраў для фіялетавага.
Калі сонечнае святло трапляе ў атмасферу Зямлі, яно ўзаемадзейнічае з малюсенькімі малекуламі і часціцамі ў атмасферы. Гэта з'ява прыводзіць да змены колеру неба ў залежнасці ад часу сутак і ўмоў. Рэлееўскае рассейванне з'яўляецца ключом да разумення таго, чаму неба звычайна здаецца блакітным.
Рэлееўскае рассеянне
Рэлееўскае рассеянне — гэта з'ява рассеяння святла на часціцах, значна меншых за даўжыню хвалі самога святла. Эфект названы ў гонар барона Джона Уільяма Страта, больш вядомага як лорд Рэлей, англійскага фізіка, які першым растлумачыў гэтую з'яву ў канцы 19 стагоддзя.
Пры рэлееўскім рассейванні інтэнсіўнасць рассеянага святла адваротна прапарцыйная чацвёртай ступені даўжыні хвалі. Гэта азначае, што святло з больш кароткімі даўжынямі хваль (напрыклад, сіні і фіялетавы) рассейваецца больш, чым святло з больш доўгімі даўжынямі хваль (напрыклад, чырвоны і аранжавы).
Нягледзячы на тое, што фіялетавае святло рассейваецца мацней, чым сіняе, чалавечае вока больш адчувальнае да сіняга і зялёнага святла. Вось чаму, нягледзячы на тое, што на небе рассейваецца больш фіялетавага святла, неба здаецца нам сінім.
Атмасфера Зямлі
Атмасфера Зямлі складаецца з розных газаў, у тым ліку азоту (каля 78%) і кіслароду (каля 21%). Яна таксама змяшчае аргон, вуглякіслы газ, неон і шэраг іншых газаў у меншых колькасцях. Гэтыя часціцы адыгрываюць ролю ў рассейванні святла.
Калі сонечнае святло трапляе ў атмасферу, яго кароткія хвалі рассейваюцца ва ўсіх напрамках малекуламі газу. Сіняе святло, якое мае меншую даўжыню хвалі, рассейваецца больш эфектыўна, чым чырвонае святло з большай даўжынёй хвалі. Таму, калі мы глядзім на неба, мы бачым неба, рассеянае сінім святлом з усіх напрамкаў.
Аднак, калі сонца знаходзіцца на гарызонце, напрыклад, на ўзыходзе або захадзе сонца, яго святло павінна праходзіць праз больш тоўсты пласт атмасферы. Сіняе святло рассейваецца ва ўсіх напрамках раней і не дасягае нашых вачэй. І наадварот, святло з большай даўжынёй хвалі, такое як чырвонае і аранжавае, рассейваецца не так інтэнсіўна, як сіняе святло, і дасягае нашых вачэй, таму мы бачым сонца аранжавым або чырвоным.
Забруджванне і яго ўплыў на колер неба
Акрамя натуральных газападобных часціц у атмасферы, розныя забруджвальныя рэчывы таксама могуць уплываць на колер неба. Такія забруджвальныя рэчывы, як дым, пыл і аэразольныя часціцы, могуць выклікаць рассеянне Мі, якое адрозніваецца ад рассеяння Рэлея тым, што ў ім удзельнічаюць часціцы, памер якіх параўнальны з даўжынёй хвалі рассеянага святла.
Рассейванне Мі не мае моцнай залежнасці ад даўжыні хвалі, таму ўсе колеры рассейваюцца прыблізна аднолькава. З-за гэтага неба можа выглядаць белым або шэрым. У гарадах з высокім узроўнем забруджвання паветра неба часта выглядае больш цьмяным і менш блакітным, чым у больш чыстых сельскіх раёнах.
Акрамя таго, забруджванне паветра можа выклікаць і іншыя з'явы, такія як кіслотныя дажджы і фотахімічны смог, якія ўплываюць не толькі на колер неба, але і на якасць паветра і здароўе чалавека.
Сезонныя змены і геаграфічнае месцазнаходжанне
Сезонныя змены таксама ўплываюць на колер неба. Улетку паветра, як правіла, чысцейшае і сушэйшае, што робіць рэлееўскае рассейванне больш эфектыўным, і неба выглядае больш яркім блакітным. Тым часам у дажджлівыя або зімовыя сезоны высокая вільготнасць і хмары часта зацямняюць неба, робячы яго крыху больш цьмяным або шэрым.
Геаграфічнае становішча таксама ўплывае на колер неба. У палярных рэгіёнах моцныя вятры і чыстае паветра часта робяць палярнае неба вельмі блакітным і чыстым. І наадварот, у раёнах паблізу экватара неба можа здавацца больш белым або шэрым з-за высокай вільготнасці і частага ўтварэння аблокаў.
Выснова
Неба, якое мы бачым кожны дзень, здаецца блакітным з-за рэлееўскага рассейвання — фізічнай з'явы, пры якой святло з больш кароткімі даўжынямі хваль, напрыклад, сіняе, мацней рассейваецца дробнымі часціцамі ў атмасферы. Нашы вочы больш адчувальныя да сіняга святла, чым да фіялетавага, таму неба здаецца блакітным, хоць фіялетавае святло таксама рассейваецца больш.
Акрамя таго, розныя іншыя фактары, такія як забруджванне паветра, поры года і геаграфічнае месцазнаходжанне, таксама адыгрываюць ролю ў вызначэнні колеру неба. Разумеючы гэтыя з'явы, мы можам лепш ацаніць, здавалася б, простую, але неверагодна складаную прыгажосць прыроды.
Такім чынам, калі вы глядзіце на блакітнае неба ў ясны дзень, памятайце, што за гэтай бачнай прыгажосцю хаваецца захапляльная навука. Сусвет поўны таямніц, і блакітнае неба — гэта толькі адна з многіх з'яў, якія чакаюць вывучэння і разумення.
