Образование
Почему небо голубое?
Краткий ответ:
Газы и частицы в атмосфере Земли рассеивают солнечный свет во всех направлениях. Голубой свет рассеивается больше, чем другие цвета, потому что он движется в виде более коротких, меньших волн. Вот почему мы чаще всего видим голубое небо.
Как и большинство любопытных людей, вы, вероятно, когда-то задавались вопросом: «Почему небо голубое?» Или, если вы видели красивый закат или рассвет, могли спросить: «Почему небо красное?»
Это так очевидно, что небо голубое, вы могли бы подумать, что причины будут столь же очевидны. Но это не так! Из всех цветов радуги, почему именно голубой?
Неужели небо не могло бы быть зеленым? Или желтым? Когда мы видим радугу, мы действительно видим зеленый и желтый цвет в небе, а также голубой, фиолетовый, оранжевый, желтый, красный и все промежуточные цвета.
Белый свет, исходящий от Солнца, на самом деле состоит из всех цветов радуги. Мы видим все эти цвета, когда смотрим на радуги. Капли дождя действуют как крошечные призмы, когда освещаются Солнцем, преломляя свет и разделяя его на разные цвета.
Но почему существуют разные цвета? Свет, который вы видите, это лишь крошечная часть всех видов световой энергии, излучаемой во Вселенной — и вокруг вас! Как энергия, проходящая через океан, световая энергия также движется в волнах. Что делает один вид света отличным от других — это его длина волны — или диапазон длин волн. Видимый свет включает длины волн, которые могут видеть наши глаза. Длиннейшие волны, которые мы можем видеть, выглядят красными. Кратчайшие волны, которые мы можем видеть, выглядят голубыми или фиолетовыми.
Длины волн на этой картинке не пропорциональны. Красная световая волна имеет длину около 750 нанометров, в то время как голубая или фиолетовая волна имеет длину около 400 нанометров. Один нанометр — это одна миллиардная метра. Человеческий волос имеет толщину около 50 000 нанометров! Поэтому эти видимые световые длины волн очень, очень малы.
Еще одна важная вещь, которую нужно знать о свете, заключается в том, что он движется по прямой линии, если что-то не мешает ему:
- отразить его (как зеркало)
- изогнуть его (как призма)
- или рассеять его (как молекулы газов в атмосфере)
Когда белый свет от Солнца проникает в атмосферу Земли, большая часть красных, желтых и зеленых длин волн света (смешанных вместе и все еще почти белых) проходит прямо через атмосферу к нашим глазам. Однако голубые и фиолетовые волны как раз такого размера, чтобы ударяться о молекулы газа в атмосфере и отскакивать от них. Это приводит к тому, что голубые и фиолетовые волны разделяются от остального света и рассеиваются во всех направлениях, чтобы все могли их видеть. Остальные длины волн остаются вместе в группе и, следовательно, остаются белыми.
Что происходит со всеми «неголубыми» длинами волн? Они все еще смешаны вместе, не рассеиваясь атмосферой, поэтому они все еще выглядят белыми. Рассеиваемый фиолетовый и голубой свет доминирует в небе, заставляя его выглядеть голубым. Что происходит с фиолетовым? Часть фиолетового света поглощается верхней атмосферой. Кроме того, наши глаза не так чувствительны к фиолетовому, как к голубому.
Ближе к горизонту небо становится более светлым голубым или белым. Солнечный свет, достигающий нас от горизонта, проходит через еще больше воздуха, чем солнечный свет, достигающий нас сверху. Молекулы газа рассеивают голубой свет в стольких направлениях и столько раз, что к нам доходит меньше голубого света.
Что делает закат красным?
Когда Солнце опускается ниже в небе, его свет проходит через большее количество атмосферы, чтобы достичь вас. Даже больше голубого и фиолетового света рассеивается, позволяя красным и желтым цветам проходить прямо к вашим глазам без всей этой конкуренции от голубых.
Кроме того, большие частицы пыли, загрязнений и водяного пара в атмосфере отражают и рассеивают больше красных и желтых цветов, иногда заставляя все западное небо светиться красным.
Почему рассеяние важно?
Сколько солнечного света отражается в атмосфере Земли и сколько отражается обратно в космос? Сколько света поглощается землей и водой, асфальтовыми дорогами и обгоревшими серферами? Сколько света вода и облака отражают обратно в космос? И почему это важно для нас?
Солнечный свет несет энергию, которая нагревает Землю и питает всю жизнь на Земле. Наш климат зависит от того, как солнечный свет рассеивается, отражается обратно в космос или поглощается лесами, пустынями, покрытиями из снега и льда, различными типами облаков, дымом от лесных пожаров и другими загрязнителями в воздухе.
Так же, как атмосфера Земли изгибает и рассекает свет, проходящий через нее от Солнца к поверхности, атмосфера влияет на свет, отражающийся от поверхности обратно в космос.
Вот почему спутники могут выполнять то, что называется дистанционным зондированием из космоса и раскрывать много информации о поверхности и атмосфере. Приборы на спутниках, таких как GOES, могут измерять интенсивность света различных длин волн. Анализируя эту информацию, атмосферные ученые выясняют температуры поверхности и атмосферы, уровни углекислого газа, водяного пара, загрязняющих веществ, озона и других следовых газов.
GOES использует влияние нашей атмосферы на свет, чтобы помочь нам прогнозировать погоду и понимать, как заботиться о нашей планете.
Следующее поколение спутников GOES, называемое серией GOES-R, будет иметь еще лучшие возможности визуализации. Спутники погоды серии GOES-R разрабатываются NOAA и NASA. Первый спутник в серии, GOES-16, был запущен в 2016 году.