Почему Солнце на закате красное?
Закаты Солнца нередко порождают красивейшие картины. Небо и облака окрашиваются разными цветами — здесь и красный, и розовый, и желтый, и нежно-голубой. Ни один закат не повторяется! Очевидно, вся эта красота возможна благодаря тому, что заходящее Солнце меняет свой цвет с ярко-желтого на оранжевый и даже красный. Но почему так происходит? Почему солнце на закате красное?
На самом деле физика процесса очень простая.
Во время закатов Солнце часто бывает красным или оранжевым. Почему? Фото: Виталий Копа
Как известно, Земля окружена атмосферой (проще говоря, воздухом). И это очень хорошо, ведь мы ею дышим! Атмосфера состоит в основном из двух газов — азота и кислорода. Кроме того, в небольших количествах в ней присутствуют аргон, пары воды и углекислый газ. Все это существует в виде беспорядочно летающих вокруг нас и сталкивающихся друг с другом молекул.
Свет Солнца, прежде чем попасть в наши глаза, должен вначале преодолеть 150 миллионов километров — расстояние от Солнца до Земли (и в этом нет никакой проблемы — свет проделывает этот фокус всего за 8 минут), а затем пройти сквозь толщу атмосферы. И вот здесь у солнечного света начинаются проблемы.
Если вы помните, свет, который излучает Солнце, практически белый. Ну хорошо, возможно, чуть-чуть желтоватый. А что это значит? Это значит, что в пучке солнечного света присутствует свет самых разных длин волн — от фиолетового (длина волны которого составляет примерно 400 нм) до красного (760 нм). Больше всего в солнечном свете зеленого и желтого света, но, сливаясь и перемешиваясь с фиолетовым, синим, оранжевым и красным, он становится белым.
Но что происходит со светом, когда он проходит через земную атмосферу? Он сталкивается с беспорядочно летающими тут и там молекулами воздуха! Молекулы эти очень маленькие, но и длина волны видимого света такая же маленькая. Следовательно, часть света будет рассеяна в разные стороны и не дойдет до наших глаз. А может быть, и дойдет, но переотразившись от какой-нибудь другой молекулы.
Когда Солнце на закате, свет от него проходит через большую толщу атмосферы, чем днем, когда наше дневное светило находится вблизи зенита. Молекулы атмосферы поглощают и рассеивают синий свет гораздо лучше, чем красный, поэтому солнечный свет теряет коротковолновую составляющую и доходит до нас красноватым и сильно ослабленным.
Встает вопрос: одинаково ли рассеивается свет разных длин волн? Оказывается, нет, не одинаково. Чем короче длина волны, тем труднее избежать свету столкновения со встретившейся на его пути молекулой. Это и понятно — длинноволновому свету легче обогнуть препятствие, чем коротковолновому.
Следовательно, голубой и фиолетовый свет, идущий от Солнца будет лучше рассеиваться в небе, чем оранжевый и красный.
А теперь взгляните днем на небо. Какого оно цвета? Конечно, голубого, если только не затянуто облаками. А Солнце какого цвета? Скорее всего, желтое! Почему? Потому что ему не хватает того самого голубого и синего света, который был отнят и рассеян атмосферой Земли, чтобы быть белым!
Кстати, вот тут вы можете почитать, почему небо голубое. Но, я думаю, все уже ясно, верно?
Что же происходит на закате Солнца? А происходит очень интересная вещь: свет звезды проходит через бо́льшую толщу атмосферы, чем днем. Согласны? Значит, солнечный свет потеряет еще больше коротковолнового света, пока дойдет до нас! Доходит до того, что даже желтый и зеленый свет Солнца, рассеивающийся хуже, чем синий, также рассеивается в достаточных количествах, окрашивая небо в самые разные оттенки. В итоге непосредственно от Солнца доходит до нас только самый длинноволновый красный свет! И сама наша дневная звезда на закате бывает совсем не яркая. Еще бы — ведь большая часть его света была отобрана атмосферой!
Красоту закатов создают необычные краски и оттенки, которых не бывает на небе днем. Фото: Виталий Копа
Вот почему при закате Солнце красное!
Но подождите, скажете вы. Почему же тогда один закат отличается от другого? Почему заходящее Солнце бывает ярко оранжевым и даже желтым?
Это зависит от состояния атмосферы у горизонта в конкретный вечер. Взвешенные в воздухе мелкие частички усиливают эффект. Например, в степи закаты летом часто очень красивые из-за мелкой пыли в воздухе. Пыль легко отбирает у Солнца почти весь свет, так как ее частички гораздо крупнее, чем молекулы воздуха. Если посмотреть на Солнце сквозь пыль или дым пожара, оно всегда будет красным. (Самая крупная, обычная пыль, как и водяной пар, будет рассеивать весь свет Солнца равномерно.) У моря роль пыли часто играют частички соли, которые создают эффект Тиндаля.
Кстати, рассеяние света на крупных частицах — эффект Тиндаля — вы можете легко увидеть дома. Возьмите стакан, налейте воды и растворите в нем немного обычного мыла. Затем пропустите через стакан свет белого фонарика. На выходе он будет уже желтоватым!
Источник
Почему в полдень Солнце белое, а во время восхода и захода солнца красное?
Солнце часто выглядит красным, особенно когда оно встает или садится, потому что именно тогда солнечный свет должен проходить через большую часть атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя.
Странно, как солнце, которое обычно изображается желтым в школьных учебниках, принимает так много других цветов всего за 24 часа.
Когда оно поднимается над горизонтом, оно обычно имеет красный оттенок. Когда оно поднимается выше по небу, оно теряет эту красноту и становится все более ярким, в конце концов, кажется ослепительно белым в полдень. Конечно, днем солнечный свет настолько яркий, что нельзя (и не следует) смотреть на солнце напрямую, но если наблюдать его через защитные очки, то оно будет казаться белым. Затем, когда оно заходит, оно приобретает красноватый оттенок.
В этой статье мы обсудим, почему солнце кажется красноватым во время заката и восхода солнца, но белым в полдень.
Солнечный свет и атмосфера Земли
Атмосфера Земли состоит из нескольких газов, водяного пара и частиц пыли. Преимущества наличия этого защитного газового слоя, окружающего нашу планету, слишком много, чтобы перечислять — он поддерживает все формы жизни на Земле, предоставляя газы, необходимые для биохимических процессов, защищает жителей планеты, защищая их от вредных солнечных лучей (при этом удерживая его тепло, что является бонусом) и отражают почти всех неприятных захватчиков (неодушевленных) из космоса.
Большинство космических объектов сгорают при входе в атмосферу нашей планеты.
Помимо обеспечения этих важнейших ресурсов, которые обеспечивают выживание всех форм жизни на Земле, атмосфера также вызывает некоторые интересные явления, такие как течение ветра, синий цвет неба и различные цвета солнца в разное время суток.
Почему во время восхода солнца солнце кажется красным?
Солнечный свет, как известно, представляет собой комбинацию различных форм электромагнитного излучения. Вам знаком термин «электромагнитное излучение»?
Определенно должен, потому что именно благодаря специфическому типу электромагнитного излучения (видимому свету) вы даже можете прочитать эту статью!
Радиоволны (используются в смартфонах и всех устройствах беспроводной связи), инфракрасное излучение (используются в очках ночного видения и телевизионных пультах), рентгеновские лучи (используются в области медицины и здравоохранения) и гамма-лучи (связанные с ядерной энергетикой) — все это примеры электромагнитного излучения.
Как упоминалось ранее, солнечный свет состоит из электромагнитного излучения. Хотя Солнце испускает ВСЕ виды электромагнитного излучения, большая часть солнечного света состоит из видимого света, ультрафиолетовых лучей и инфракрасных лучей (тепла).
Вы можете вспомнить, как читали в школьном классе по естествознанию, что солнечный свет чисто белый, потому что он представляет собой комбинацию всех семи цветов радуги, каждая из которых имеет разную длину волны.
Когда солнечный свет (состоящий из цветов с разной длиной волны) достигает нашей планеты и попадает в атмосферу, частицы, присутствующие в последней, имеют тенденцию рассеивать свет с более короткой длиной волны (а именно, синий и фиолетовый), пропуская при этом цвета с более длинной длиной волны (например, красный, желтый и оранжевый).
Поскольку волны более красной длины от небесных тел (таких, как солнце или луна) проникают в слои нашей атмосферы лучше, чем другие цвета, солнце выглядит красным, если смотреть вблизи горизонта.
Обратите внимание на красноватый оттенок восходящего солнца.
И почему солнце выглядит особенно красным, когда оно заходит или восходит?
Потому что во время заката или восхода солнца солнечный свет должен пройти через максимальное количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя. Из-за этого солнечный свет рассеивает больше синего света, из-за чего солнце становится более красным, когда оно встает или садится.
Фактически, естественное явление, известное как Рэлеевское рассеяние (названное в честь британского физика лорда Рэлея), диктует, что более короткие длины волн (синий) света рассеиваются легче, чем более длинные (красные).
Вот почему небо кажется голубым, а солнце — или иногда даже луна — красным или оранжевым.
Почему в полдень солнце кажется белым?
Тот же принцип применим и в этом случае. Когда Солнце находится прямо над головой, оно должно пройти через наименьшее количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя на поверхности Земли. Это означает, что у него нет возможности столкнуться с таким количеством составляющих частиц атмосферы.
Когда солнце находится прямо над головой, оно приобретает ярко-белый оттенок.
Благодаря этому все цвета солнечного света почти с одинаковой интенсивностью достигают глаз наблюдателя; сочетание всех этих длин волн придает солнцу ослепительно белый оттенок (который НЕ следует наблюдать невооруженным глазом).
В заключение следует отметить, что Солнце кажется красным, потому что красный свет проникает в атмосферу более эффективно, чем другие цвета, именно поэтому те небесные тела, которые видны с Земли, имеют красновато-оранжевый оттенок, в зависимости от времени суток и их места на небе!
Источник
Какого цвета закат на других планетах?
Огненно-розовое или персиковое небо на закате — это уникальное преимущество нашей родной планеты, Земли. Но какие цвета появляются, когда Солнце садится на других небесных телах нашей звездной системы?
Ответ зависит от объекта наблюдений. Например, на большинстве спутников красочных закатов не будет вообще, ведь для этого нужна атмосфера, а они ее лишены. Так что космические туристы в будущем не смогут полюбоваться красивым закатным небом на Луне — для них оно всегда будет черным.
На планетах с атмосферой все куда интереснее. Так, на Марсе Солнце восходит и заходит с голубым свечением. По данным НАСА, на газовом гиганте Уране закатное небо переходит от голубого к бирюзовому. А на Титане, одном из спутников Сатурна, не лишенном атмосферы, небо может становиться желтым, оранжевым или коричневым, когда Солнце опускается за горизонт.
По словам Курта Элера, профессора математики в Общественном колледже в Рено, штат Невада, цвета заката сильно отличаются от планеты к планете, поскольку в значительной степени эти оттенки являются продуктом их атмосфер и того, как частицы в них рассеивают солнечный свет, к тому же на яркость цветов влияет удаленность небесного тела от Солнца.
«Все очень непросто», — говорит Элер. «У всех было предвзятое мнение, что механизм [закатов] на других планетах является копией того, что мы видим на Земле». Но это не так.
Вот так необычно выглядит закат на Марсе. Фото было сделано ровером Spirit.
На Земле атмосфера состоит из крошечных молекул газа, в основном азота и кислорода, которые более эффективны при рассеянии — то есть поглощении и переизлучении в другом направлении — коротковолнового света, такого как синий и фиолетовый, чем более длинных красных волн видимого спектра. Селективный тип рассеяния, вызываемый малыми молекулами, называется рэлеевским рассеянием. Он дает нам голубое небо в полдень, но на закате и восходе Солнца, когда солнечный свет должен продвигаться дальше в атмосфере, большая часть голубого света рассеивается. В итоге начинают преобладать длинные красные и желтые волны видимого спекта, которые и создают красочные красно-оранжево-желтые закаты и рассветы.
Любая планета, в атмосфере которой преобладает газ, будет следовать аналогичной схеме, при которой более длинные волны света становятся доминирующими на закате и рассвете, говорит Элер. Например, по данным НАСА, на Уране молекулы водорода, гелия и метана в его атмосфере рассеивают более короткие синие и зеленые длины волн, поглощая (но в основном не испуская) более длинные красные волны видимого спектра. Это создает яркое голубое небо, которое становится бирюзовым на закате, когда синий свет рассеивается сильнее относительно более длинных зеленоватых волн.
Если в атмосфере планеты преобладает что-то кроме газов, «теория закатов» может стать совершенно другой. Элер является автором статьи 2014 года в журнале Прикладная оптика, в которой он исследует, почему марсианский закат кажется голубовато-синим. «Плотность атмосферного газа там составляет лишь около 1/80 от земной», — говорит Элер о Марсе. «В рассеивании преобладают более крупные частицы пыли».
Наша атмосфера может создавать много удивительных эффектов. Этот называется «ложные Солнца», по-научному — паргелий, и возникает он в результате преломления света Солнца в кристалликах льда в атмосфере. На гигантских газовых планетах, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, кристаллы образуют облака аммиака, метана и других веществ, которые могут производить ореолы с четырьмя или более ложными Солнцами.
В исследовании 2014 года, которое использовало данные марсохода Spirit, Элер и его коллеги обнаружили, что марсианская пыль рассеивает свет совсем иначе, чем молекулы газа. «Причиной синего заката является то, как частицы пыли рассеивают свет», — сказал он.
Молекулы газа, подобные тем, что существуют на Земле, рассеивают свет во всех направлениях. Напротив, пыль рассеивает свет в основном в одном направлении — вперед, говорит Элер. Более того, частицы пыли рассеивают красный свет под гораздо более широким углом, чем синий. Поскольку синий свет рассеивается не очень широко, он становится более «концентрированным», из-за чего «синий свет примерно в шесть раз интенсивнее красного [света]» на Марсе, сказал Элер.
Когда вы смотрите на марсианский закат, вы на самом деле видите естественный цвет Солнца. Элер говорит, что «диск Солнца там кажется белым, потому что свет не меняет цвет при прохождении через марсианскую атмосферу». Он добавляет, что «вокруг Солнца есть голубоватое свечение. А дальше небо начинает казаться красноватым. Там вы видите красные лучи, рассеянные под большими углами».
Моделирование закатов на других небесных телах Солнечной системы, состав атмосфер которых мы знаем.Что касается других планет и спутников, то почти невозможно предсказать, как будет выглядеть закат на них, не имея полного представления о составе их атмосфер. Единственное общее правило, которое здесь работает — если эти небесные тела имеют газообразную атмосферу, стоит ожидать более длинные волны света на закате, говорит Элер.
«Там, где в атмосфере преобладают другие вещества, нельзя ничего точно утверждать», — сказал Элер. Различные типы и распределение пыли по размерам будут рассеивать свет уникальными способами. Другими словами, если вы думаете, что закат на Земле «не от мира сего», подумайте еще раз — это действительно исключительная особенность, характерная для планет с газообразной атмосферой.
Источник