Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки


Почему небо голубое

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.


ние 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.

Длина волны(нм) Цвет % Удаления света
Высоко в небе Над горизонтом
450 Голубой 18% 99,7%
550 Зелёный 9% 94,1%
700 Красный 3% 59,9%

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.

Источник: sci-news.ru

Невероятные, красивые, редкие световые эффекты которые дарит нам природа…

Около-горизонтальная дуга. Известна как «огненная радуга». Цветные полосы возникают прямо на небосводе в результате прохождения света через кристаллы льда в перистых облаках, покрывая небо «радужной пленкой». Этот природный феномен очень трудно увидеть, так как и кристаллы льда, и солнечный свет должны оказаться под определенным углом друг к другу, чтобы создать эффект «огненной радуги».


Радужные облака. Когда Солнце располагается под определенным углом к
капелькам воды, из которых состоит облако, эти капли преломляют
солнечный свет и создают необычный эффект «радужного облака», окрашивая
его во все цвета радуги. Своей расцветкой облака, как и радуга, обязаны
различной длине волн света.

Окологоризонтальная дуга. Известна как «огненная радуга». Цветные полосы
возникают прямо на небосводе в результате прохождения света через
кристаллы льда в перистых облаках, покрывая небо «радужной пленкой».
Этот природный феномен очень трудно увидеть, так как и кристаллы льда, и
солнечный свет должны оказаться под определенным углом друг к другу,
чтобы создать эффект «огненной радуги».

Радужные облака. Когда Солнце располагается под определенным углом к
капелькам воды, из которых состоит облако, эти капли преломляют
солнечный свет и создают необычный эффект «радужного облака», окрашивая
его во все цвета радуги. Своей расцветкой облака, как и радуга, обязаны
различной длине волн света.

«Призрак Броккена».В некоторых районах Земли можно наблюдать
удивительное явление: человек, стоящий на холме или горе, за спиной
которого восходит или заходит солнце, обнаруживает, что его тень,
упавшая на облака, становится неправдоподобно огромной.
о происходит
из-за того, что мельчайшие капли тумана особым образом преломляют и
отражают солнечный свет. Свое название явление получило по имени вершины
Броккен в Германии, на которой, из-за частых туманов, можно регулярно
наблюдать этот эффект.

Околозенитная дуга. Околозенитная дуга — это дуга с центром в точке
зенита, расположенная выше Солнца приблизительно на 46°. Она видна редко
и только в течение нескольких минут, имеет яркие цвета, четкие
очертания и всегда параллельна горизонту. Стороннему наблюдателю она
напомнит улыбку Чеширского Кота или перевернутую радугу.

«Туманная» радуга. Туманный ореол похож на бесцветную радугу. Как и
обычная радуга, этот ореол образуется путем преломления света через
водяные кристаллы. Однако, в отличие от облаков, формирующих обычную
радугу, туман, рождающий этот ореол, состоит из более мелких частиц
волы, и свет, преломляясь в крошечных капельках, не расцвечивает его.

Глория. Когда свет подвергается эффекту обратного рассеивания (дифракция
света, ранее уже отраженного в водяных кристаллах облака), он
возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, и
образует эффект, получивший название «Глория».


блюдать этот эффект
можно только на облаках, которые находятся прямо перед зрителем или ниже
его, в точке, которая находится на противоположной стороне к источнику
света. Таким образом, увидеть Глорию можно только с горы или из
самолета, причем источники света (Солнце или Луна) должны находиться
прямо за спиной наблюдателя. Радужные круги Глории в Китае еще называют
Светом Будды. На этой фотографии прекрасный радужный ореол окружает тень
воздушного шара, упавшую на находящееся ниже него облако.

Гало. Белые световые окружности вокруг Солнца или Луны, которые
возникают в результате преломления или отражения света находящимися в
атмосфере кристаллами льда или снега, называются гало. В атмосфере
присутствуют небольшие кристаллы воды, и когда их грани образуют прямой
угол с плоскостью, проходящей через Солнце, того, кто наблюдает эффект, и
кристаллы, на небе становится виден характерный белый ореол, окружающий
Солнце. Так грани отражают лучи света с отклонением на 22°, образуя
гало. В холодное время года гало, образованные кристаллами льда и снега
на поверхности земли, отражают солнечный свет и рассеивают его в разных
направлениях, образуя эффект под названием «бриллиантовая пыль».

Лунная дуга. Темное ночное небо и яркий свет Луны часто порождают
явление, именуемое «лунной радугой» – радуга, появляющаяся в свете Луны.
Такие радуги располагаются на противоположной от Луны стороне небосвода
и чаще всего кажутся абсолютно белыми. Впрочем, иногда их можно увидеть
во всей красе.


Паргелий. «Паргелий» в переводе с греческого – «ложное солнце». Это одна
из форм гало (см. пункт 6): на небе наблюдается одно или несколько
дополнительных изображений Солнца, расположенных на той же высоте над
горизонтом, что и настоящее Солнце. Миллионы кристаллов льда с
вертикальной поверхностью, отражающие Солнце, и образуют это красивейшее
явление.

Радуга – самое красивое атмосферное явление. Радуги могут принимать
различные формы, общим для них является правило расположения цветов – в
последовательности спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый,
голубой, синий, фиолетовый). Радуги можно наблюдать, когда Солнце
освещает часть неба, а воздух насыщен капельками влаги, например, во
время или сразу после дождя. В древности появлениям радуги на небе
придавали мистический смысл. Увидеть радугу считалось хорошим
предзнаменованием, проехать или пройти под ней сулило счастье и успех.
Двойная радуга, как говорили, приносит удачу и исполняет желания.
Древние греки верили, что радуга – это мост на небо, а ирландцы считали,
что на другом конце радуги находится легендарное золото лепреконов.


Северное сияние.Свечение, наблюдаемое на небе в полярных областях,
называют северным, или полярным сиянием а так же южным – в Южном
полушарии). Предполагается, что этот феномен существует также и в
атмосферах других планет, например Венеры. Природа и происхождение
полярных сияний – предмет интенсивных исследований, и в этой связи были
разработаны многочисленные теории.» Полярные сияния, как считают ученые,
возникают вследствие бомбардировки верхних слоев атмосферы заряженными
частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из
области околоземного космического пространства, называемой плазменным
слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на
земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный м южный
магнитные полюса (авроральные овалы)».

Конденсационный (инверсионный) след. Конденсационные следы – это белые
полосы, оставляемые в небе самолетами. По своей природе они являются
сконденсированным туманом, состоящим из влаги, находящейся в атмосфере и
выхлопных газах двигателей. Чаще всего эти следы недолговечны – под
воздействием высоких температур они попросту испаряются. Однако
некоторые из них спускаются в более низкие слои атмосферы, образуя
перистые облака. Экологи считают, что преобразованные таким образом
конденсационные следы самолетов оказывают негативное влияние на климат
планеты. Тонкие высотные перистые облака, которые получаются из
видоизмененных самолетных следов, препятствуют прохождению солнечных
лучей и как следствие понижают температуру планеты, в отличие от обычных
перистых облаков, которые способны сохранять тепло земли.


След выхлопных газов возможно ракеты. Воздушные потоки в высоких слоях атмосферы деформируют инверсионные следы космических ракет, а частички выхлопных газов преломляют солнечный свет и окрашивают следы во все цвет радуги. Огромные разноцветные завитки тянутся на несколько километров по всему
небу перед тем, как испариться.

Поляризация. Поляризация – это ориентированность электромагнитных
колебаний световой волны в пространстве. Поляризация света возникает,
когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и
становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно
распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но
человеческий глаз, как правило, не способен уловить изменение цветовых
оттенков в результате усиления эффекта поляризации. Этот снимок,
сделанный при помощи широкоугольного объектива с поляризационным
фильтром показывает, какой интенсивно-синий цвет придает небу
электромагнитный заряд. Такое небо мы можем увидеть только через фильтр
фотокамеры.

Звездный след. Невидимый невооруженным глазом «звездный след» можно
запечатлеть на фотокамеру. Этот снимок был сделан ночью, при помощи
камеры, установленной на штатив, с полностью открытой диафрагмой
объектива и более чем часовой выдержкой. На фотографии показано
«движение» звездного неба – естественное изменение положения Земли в
результате вращения заставляет звезды «двигаться». Единственная
неподвижная звезда – Полярная, которая указывает на астрономический
Северный полюс.

Зодиакальный свет. Рассеянное свечение ночного неба, создаваемого
солнечным светом, отраженным от частиц межпланетной пыли, называют еще
зодиакальным светом. Зодиакальный свет можно наблюдать вечером на западе
или утром на востоке.

Корона. Короны, или венцы – это небольшие цветные кольца вокруг Солнца,
Луны или других ярких объектов, которые наблюдаются время от времени,
когда источник света находится за полупрозрачными облаками. Корона
возникает при рассеивании света мелкими водяными капельками воды,
образующими облако. Иногда корона выглядит как светящееся пятно (или
ореол), окружающее Солнце (или Луну), которое завершается красноватым
кольцом. Во время затмений именно корона окружает затемненное солнце.

Сумеречные лучи. Сумеречные лучи – расходящиеся пучки солнечного света,
которые становятся видны благодаря освещению ими пыли в высоких слоях
атмосферы. Тени от облаков образуют темные полосы, а между ними
распространяются лучи. Этот эффект наблюдается, когда Солнце находится
низко над горизонтом перед закатом или после рассвета.

Мираж. Оптический эффект, обусловленный преломлением света при
прохождении через слои воздуха разной плотности, выражается в
возникновении обманного изображения – миража. Миражи можно наблюдать в
жарком климате, особенно в пустынях. Ровная поверхность песка вдалеке
становится похожей на открытый источник воды, особенно если смотреть
вдаль с дюны или холма. Похожая иллюзия возникает в городе в жаркий
день, на нагретом лучами солнца асфальте. На самом деле «водная
поверхность» – это ни что иное, как отражение неба. Иногда миражи
показывают целые объекты, находящиеся на большом расстоянии от
наблюдателя.

Столбы света.Плоские кристаллы льда отражают свет в верхних слоях
атмосферы и образуют вертикальные столбы света, словно выходящие из
земной поверхности. Источниками света могут являться Луна, Солнце или
огни искусственного происхождения.

А это явление, которое жители острова Мадейра, что в Атлантическом
океане, наблюдали однажды, не поддается никакой классификации.

Источник: earth-chronicles.ru

Когда свет проходит через атмосферу, он испытывает воздействие различных ее физических свойств. Неодинаковая плотность слоев воздуха, обусловленная различием их температуры и оптической плотности, создает рефракцию, т. е. преломление и искривление световых лучей, что порождает некоторые необычные явления. Свет, поступающий в земную атмосферу, испытывает в ней рассеяние. Рассеивать свет могут даже самые мельчайшие частицы, взвешенные в воздухе. Пылинки и молекулы атмосферных газов, а также другие составные части воздуха, рассеивают свет во всех направлениях.

Сильнее всего рассеиваются в атмосфере синие и голубые лучи, слабее—красные. Голубой цвет неба объясняется преимущественным рассеянием сине-голубых лучей видимого спектра атмосферой. Перед заходом Солнца, когда высота его над горизонтом мала и солнечные лучи проходят сквозь значительную толщу атмосферы, диск Солнца приобретает красноватый оттенок.

Рассеивают свет, в частности, и частицы космической пыли, дым, возникающий при сгорании метеоров, а также частицы вулканического пепла, промышленных дымов и т. д. Наконец, в рассеянии света принимают участие кристаллики солей, споры растений, молекулы водяного пара — около половины всего водяного пара сосредоточено в нижних 1,5 км атмосферы. Большинство других взвешенных примесей содержится в этом же нижнем ее слое. Поэтому и рассеяние света тоже происходит главным образом в этом слое.

Когда свет переходит из среды с одной плотностью в среду с другой плотностью, скорость его распространения изменяется — возникает рефракция световых лучей. Кроме того, из-за уменьшения скорости распространения некоторые световые лучи проходят через атмосферу под разным углом, что вызывает некоторые необычные рефракционные явления.

Когда солнечные лучи проходят через атмосферу под малым углом, их рефракция бывает более сильной, чем при значительной высоте Солнца. Кривизна Земли также заставляет солнечные лучи проходить в атмосфере более длинный путь, чем в случае, когда они падают перпендикулярно к земной поверхности. Из-за рефракции, света, возникающей при заходе Солнца, когда оно находится близко к горизонту, кажется, что высота Солнца больше, чем в действительности. Причем увеличивается и фактическая продолжительность светлого времени суток, так как видимый заход Солнца обычно наблюдается тогда, когда оно уже под горизонтом.

Источник: obatmosfere.ru

    Корона — в отличие от фотосферы и хромосферы самая внешняя часть атмосферы Солнца обладает огромной протяженностью: она простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам, а ее слабое продолжение уходит еще дальше.
    Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере. Уменьшение плотности воздуха при подъеме вверх определяется притяжением Земли. На поверхности Солнца сила тяжести значительно больше, и, казалось бы, его атмосфера не должна быть высокой. В действительности она необычайно обширна. Следовательно, имеются какие-то силы, действующие против притяжения Солнца. Эти силы связаны с огромными скоростями движения атомов и электронов в короне, разогретой до температуры 1-2 млн градусов!
    Корону лучше всего наблюдать во время полной фазы солнечного затмения. Правда, за те несколько минут, что она длится, очень трудно зарисовать не только отдельные детали, но даже общий вид короны. Глаз наблюдателя едва лишь начинает привыкать к внезапно наступившим сумеркам, а появившийся из-за края Луны яркий луч Солнца уже возвещает о конце затмения. Поэтому часто зарисовки короны, выполненные опытными наблюдателями во время одного и того же затмения, сильно различались. Не удавалось даже точно определить ее цвет.
    Изобретение фотографии дало астрономам объективный и документальный метод исследования. Однако получить хороший снимок короны тоже нелегко. Дело в том, что ближайшая к Солнцу ее часть, так называемая внутренняя корона, сравнительно яркая, в то время как далеко простирающаяся внешняя корона представляется очень бледным сиянием. Поэтому если на фотографиях хорошо видна внешняя корона, то внутренняя оказывается передержанной, а на снимках, где просматриваются детали внутренней короны, внешняя совершенно незаметна. Чтобы преодолеть эту трудность, во время затмения обычно стараются получить сразу несколько снимков короны — с большими и маленькими выдержками. Или же корону фотографируют, помещая перед фотопластинкой специальный «радиальный» фильтр, ослабляющий кольцевые зоны ярких внутренних частей короны. На таких снимках ее структуру можно проследить до расстояний во много солнечных радиусов.
    Уже первые удачные фотографии позволили обнаружить в короне большое количество деталей: корональные лучи, всевозможные «дуги», «шлемы» и другие сложные образования, четко связанные с активными областями.
    Главной особенностью короны является лучистая структура. Корональные лучи имеют самую разнообразную форму: иногда они короткие, иногда длинные, бывают лучи прямые, а иногда они сильно изогнуты. Еще в 1897 г. пулковский астроном Алексей Павлович Ганский обнаружил, что общий вид солнечной короны периодически меняется. Оказалось, что это связано с 11-летним циклом солнечной активности.
    С 11-летним периодом меняется как общая яркость, так и форма солнечной короны. В эпоху максимума солнечных пятен она имеет сравнительно округлую форму. Прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи короны наблюдаются как у солнечного экватора, так и в полярных областях. Когда же пятен мало, корональные лучи образуются лишь в экваториальных и средних широтах. Форма короны становится вытянутой. У полюсов появляются характерные короткие лучи, так называемые полярные щеточки. При этом общая яркость короны уменьшается. Эта интересная особенность короны, повидимому, связана с постепенным перемещением в течении 11-летнего цикла зоны преимущественного образования пятен. После минимума пятна начинают возникать по обе стороны от экватора на широтах 30-40°. Затем зона пятнообразования постепенно опускается к экватору.
    Тщательные исследования позволили установить, что между структурой короны и отдельными образованиями в атмосфере Солнца существуют определенная связь. Например, над пятнами и факелами обычно наблюдаются яркие и прямые корональные лучи. В их сторону изгибаются соседние лучи. В основании корональных лучей яркость хромосферы увеличивается. Такую ее область называют обычно возбужденной. Она горячее и плотнее соседних, невозбужденных областей. Над пятнами в короне наблюдаются яркие сложные образования. Протуберанцы также часто бывают окружены оболочками из корональной материи.
    Корона оказалась уникальной естественной лабораторией, в которой можно наблюдать вещество в самых необычных и недостижимых на Земле условиях.
    На рубеже XIX-XX столетий, когда физика плазмы фактически еще не существовала, наблюдаемые особенности короны представлялись необъяснимой загадкой. Так, по цвету корона удивительно похожа на Солнце, как будто его свет отражается зеркалом. При этом, однако, во внутренней короне совсем исчезают характерные для солнечного спектра фраунгоферовы линии. Они вновь появляются далеко от края Солнца, во внешней короне, но уже очень слабые. Кроме того, свет короны поляризован: плоскости, в которых колеблются световые волны, располагаются в основном касательно к солнечному диску. С удалением от Солнца доля поляризованных лучей сначало увеличивается (почти до 50%), а затем уменьшается. Наконец, в спектре короны появляются яркие эмиссионные линии, которые почти до середины XX в. не удалось отождествить ни с одним из известных химических элементов.
    Оказалось, что главная причина всех этих особенностей короны — высокая температура сильно разреженного газа. При температуре свыше 1 млн градусов средние скорости атомов водорода превышают 100 км/с, а у свободных электронов они еще раз в 40 больше. При таких скоростях, несмотря на сильную разреженность вещества (всего 100 млн частиц в куб см, что в 100 млрд раз разреженнее воздуха на Земле!), сравнительно часты столкновения атомов, особенно с электронами. Силы электронных ударов так велики, что атомы легких элементов практически полностью лишаются всех своих электронов и от них остаются лишь «голые» атомные ядра. Более тяжелые элементы сохраняют самые глубокие электронные оболочки, переходя в состояние высокой степени ионизации.
    Итак, корональный газ — это высокоионизованная плазма; она состоит из множества положительно заряженных ионов всевозможных химических элементов и чуть большего количества свободных электронов, возникающих при ионизации атомов водорода (по одному электрону), гелия (по два электрона) и более тяжелых атомов. Поскольку в таком газе основную роль играют подвижные электроны, его часто называют электронным газом, хотя при этом подразумевается наличие такого количества положительных ионов, которое полностью обеспечивало бы нейтральность плазмы в целом.
    Белый цвет короны объясняется рассеиванием обычного солнечного света на свободных электронах. Они не вкладывают своей энергии при рассеивании: колеблясь в такт световой волны, они лишь изменяют направление рассеиваемого света, при этом поляризуя его. Таинственные яркие линии в спектре порождены необячным излучением высокоионизированных атомов железа, аргона, никеля, кальция и других элементов, возникающим только в условиях сильного разрежения. Наконец, линии поглощения во внешней короне вызваны рассеиванием на пылевых частицах, которые постоянно присутствуют в межзвездной среде. А отсутствие линии во внутренней короне связано с тем, что при рассеянии на очень быстро движущихся электронах все световые кванты испытывают столь значительные изменения частот, что даже сильные фраунгоферовы линии солнечного спектра полностью «замываются».
    Итак, корона Солнца — самая внешняя часть его атмосферы, самая разреженная и самая горячая. Добавим, что она и самая близкая к нам: оказывается, она простирается далеко от Солнца в виде постоянно движущегося от него потокак плазмы — солнечного ветра. Вблизи Земли его скорость составляет в среднем 400-500 км/с, а порой достигает почти 1000 км/с. Распространяясь далеко за пределы орбит Юпитера и Сатурна, солнечный ветер образует гигантсткую гелиосферу, границащую с еще более разреженной межзвездной средой.
    Фактически мы живем окруженные солнечной короной, хотя и защищенные от ее проникающей радиации надежным барьером в виде земного магнитного поля. Через корону солнечная активность влияет на многие процессы, происходящие на Земле (геофизические явления).


Как Солнце влияет на Землю

Источник: galspace.spb.ru

Излучение Солнца представляет собой электромагнитное излучение широкого спектра – от радиоволн до рентгеновских.
Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки

Максимум интенсивности этого излучения приходится на видимую часть спектра, на желто-зеленый его участок.

Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки

    Солнечный свет является белым и представляет собой сочетание света различных длин волн, то есть различных видов света, каждый из которых окрашен в один чистый цвет.
Как же происходит так, что белый солнечный свет, проходя через атмосферу Земли,  превращается в голубой цвет неба днем и приобретает желто-красные или даже розовые оттенки на закате и восходе?
   
     Причина такой окраски неба кроется в самой атмосфере. Солнечный свет рассеивается в атмосфере Земли и в результате приобретает преимущественно голубой цвет.
Рассеяние света  — это дифракция света на мелких (сравнимых с длиной  световой волны) неоднородностях среды. То есть для явления рассеяния света существенны нарушение однородности среды и размер образующихся неоднородностей. Нарушения однородности среды могут иметь различную природу: оптическая неоднородность в мутных средах. Примером могут служить дым(твердые частицы в газе) и туман(капельки жидкости, например воды, в воздухе), взвеси или суспензии(совокупность твердых частичек, плавающих в жидкости), эмульсии(взвесь капель жидкости в другой жидкости, их не растворяющей), твердые тела вроде перламутра или молочных стекол; оптическая неоднородность в идеально чистых средах, обусловленная тепловым движением частиц и вызывающая флуктуации (случайные изменения) плотности, флуктуации концентрации в растворах. Физическая причина возникновения неоднородности такого тапа была указана М. Смолуховским в 1908 г.
   
Английский физик Джон Тиндаль первым наблюдал в лабораторных условиях рассеяние света на частицах, малых по сравнению с длиной волны видимого света (1869г.). Он высказал предположение, что голубой цвет неба объясняется рассеянием солнечного света на пылинках, взвешенных в атмосфере Земли. Закономерности, открытые Тиндалем и другими исследователями теоретически объяснил английский математик и физик лорд Рэлей. Он произвел расчет интенсивности света, рассеянного на сферических частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны падающего света, и нашел, что для первоначального падающего света зависимость интенсивности рассеянного света зависит от:
1. интенсивности падающего света;
2. угла наблюдения (угла между направлением распространения падающего света и направлением наблюдения);
3. концентрации частиц среды;
4. размера частиц;
5. расстояния от рассеивающего объема до точки наблюдения (обратно пропорционально);
6. соотношения диэлектрических проницаемостей среды и неоднородностей среды;
7. длины волны падающего света в четвертой степени (обратно пропорционально).

    Эта зависимость I~1/λˆ4 получила название закона Рэлея. Согласно этому закону интенсивность рассеянного света будет большей для более коротких волн, то есть волн фиолетово-синей части спектра. Однако воспринимаемый нам цвет неба является все же сине-голубым, а не фиолетовым. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, как видно из приведенного выше графика зависимости интенсивности солнечного излучения от длины волны, интенсивность излучения Солнца в фиолетовом спектре меньше, чем в синем. Во-вторых, человеческий глаз более чувствителен к синему цвету, чем к фиолетовому.
Физическое объяснение зависимости I~1/λˆ4 состоит в том,  что рассеянный свет является вторичным излучением электронов атомных оболочек, возбуждаемым падающим светом. Интенсивность этого излучения тем больше, чем больше частота падающего света, то есть, чем короче его длина волны.
В 1899 г. Рэлей показал, что рассеяние солнечного света и разделение его на цветовые компоненты — дело молекул атмосферных газов и что "даже в отсутствие посторонних частиц в воздухе небо все равно было бы голубым". Таким образом, голубой цвет неба в значительной степени обусловлен неоднородностями атмосферы, вызванными флуктуациями ее плотности вследствие статистического теплового движения частиц.
    В общем случае, рассеяние света определяется обеими причинами: оптической неоднородностью мутных сред и флуктуациями плотности в чистых средах.

Итак, голубой цвет неба днем объясняется рассеянием света на неоднородностях среды, вызванных флуктуациями плотности среды и наличием инородных частиц.

Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки

Желто-красный цвет неба на закате и восходе объясняется большим расстоянием от рассеивающего объема до точки наблюдения и большим количеством частиц примесей в атмосфере.

Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки

Более насыщенный, чем днем, цвет неба в сумерках в зените связан со свойством озонового слоя поглощать излучение красной части спектра. При прохождении света под малым углом к озоновому слою вследствие более сильного, чем в дневное время (когда путь, проходимый светом меньше) поглощения излучения большей длины волны, рэлеевское рассеяние испытывает «более синий» свет. Поэтому сумеречное небо в зените имеет более насыщенный синий цвет.

Рассеивание солнечного света в атмосфере всезнайки

1. Г.С. Ландсберг «Оптика», Москва, «Наука», 1976 г.
2. 
М. Миннарт «Свет и цвет в природе», Москва, «Наука», 1969 г.
3. Джирл Уолкер «Окраска неба дает пищу для изучения рассеяния света», В МИРЕ НАУКИ,(Scientific American), №3 март 1989/
4. Д. Клышко «Рассеяние света».

Источник: lkhorunzhaya.livejournal.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.