Как свет идет от Солнца до Земли
Эта огненная сфера слишком яркая для невооруженного глаза. Но если заглянуть в нее глубже, можно увидеть истинную природу Солнца. Этот гигантский шар из раскаленного газа — самый крупный объект солнечной системы. Солнце вырабатывает тепло и свет. Это источник энергии для жизни на Земле. Глубоко в недрах Солнца происходит постоянно ядерная реакция. Наша звезда опасна, но без нее нам не жить. Ни один из аспектов жизни не продолжился бы без Солнца.
Свет – одна из фундаментальных составляющих нашей вселенной, основополагающая часть всего сущего. Это явление не только самое важное, но и самое быстрое в космосе. Скорость света достигает 300000 км/с. Поскольку расстояние до Солнца около 150 млн. км, то свет достигает Земли примерно за 8 мин. Но эти 8 мин, всего лишь заключительный бросок в его путешествии. Пройдет около миллиона лет, прежде чем свет покинет внутреннюю суровую среду Солнца. А это значит, что свет, который люди видят на Земле сейчас, был произведен задолго до того, как человеческая цивилизация появилась.
Солнце имеет несколько слоев тяжелого газа толщиной в сотни тысяч километров. А в его центре находится ядро, рождающее солнечный свет. И рождает его одна из самых разрушительных реакций во вселенной – ядерный синтез (преобразование водорода в гелий). Если соединить два атома водорода, произойдет реакция и получится гелий. Звучит вроде просто, но это не так. На деле не просто соединить два атома, потому что два протона имеют одинаково положительный заряд и поэтому отталкиваются друг от друга. Протоны не любят приближаться друг к другу. Для их слияния требуется очень большая энергия, а это происходит очень редко. Соединение протонов задействует огромные объемы тепла и давления, которые производит гравитация.
Солнце содержит около 99,8% материи всей солнечной системы, и вся эта масса скрепляет слои Солнца с помощью мощнейшей гравитационной силы. Гравитация помогает атомам водорода соединиться и так происходит ядерный синтез. В этом ядерном реакторе атомы водорода соединяются «бесконечное» число раз в секунду. Некоторые столкновения настолько сильные, что атомы сливаются, выпуская энергию. Но что удивительно она невероятно слаба. Во время синтеза в энергию превращается менее 1% протонов, этого мало даже для двигателя автомобиля. И эту энергию рождает лишь синтез. Большинство протонов, сталкиваясь не синтезируются. Это позволяет Солнцу прожить еще 10 миллиардов лет.
Путь мельчайшей частицы света – фотона, начинается в раскаленном ядре Солнца. Зародившись в форме гамма-луча фотон, вылетает из солнечного ядра со скоростью света. Если бы для него не было препятствий, с такой скоростью он бы пробил поверхность Солнца за 2 секунды. Солнце настолько плотное, что для того чтобы пробиться сквозь его слои различного газа наружу, лучу требуется 100 тыс., если не миллионы лет. Покинув солнечное ядро, новорожденный фотон пробирается сквозь густой слой атомов водорода. Толщина этого слоя более 600 тыс. км. Фотону потребуется 100 лет, чтобы преодолеть его. После этого начинается прорыв через плазму Солнца, которая тянется на 320 тыс. км. Она имеет электрический заряд, препятствующий продвижению фотонов. Ее частицы удерживают фотон на долю секунды, потом отпускают его и тот сталкивается с другими частицами плазмы. Все эти процессы длятся тысячи и даже миллионы лет, пока, наконец, фотон не вырывается наружу и не продолжает свой путь до Земли или других уголков вселенной.
Источник
Почему земля не нагревается от солнца, ежедневно получая миллионы джоулей энергии и не отдавая их никуда, т.к. находится в вакууме?
Часть солнечной энергии просто отражается обратно в космос. Остаток нагревает Землю (атмосферу, сушу, океан). Как и любое тело с температурой выше абсолютного нуля, Земля (атмосфера, суша, океан) излучает электромагнитные волны. В основном — в инфракрасном диапазоне. Они и уносят избыток энергии. Вакуум этому никак не мешает, как не мешает он и солнечному свету.
В целом на дневной стороне Земля нагревается (поглощает энергии больше, чем излучает), а на ночной — остывает (продолжает излучать, а поглощать нечего). Облака днем мешают притоку солнечной энергии (день более прохладный), а ночью — мешают оттоку энергии, перехватывая инфракрасное излучение Земли (ночь менее холодная). В безоблачную погоду суточный перепад температур больше, чем в облачную. Заморозки в безоблачную ночь тоже более вероятны. (Потоки воздуха, конечно, могут внести свои коррективы, принеся откуда-то теплый воздух, или же холодный.)
Суточный баланс поглощения и излучения, конечно, не идеален. Тем более, если речь не о всей планете, а о какой-то территории или одном из полушарий (северном или южном). Поэтому, в частности, имеем смену времен года. Годовой баланс тоже не идеален. Поэтому в масштабах планеты возможны всякие ледниковые периоды или, наоборот, периоды потеплений. Ну а локальные климатические изменения обычно имеют локальную же природу и не обязательно связаны с дисбалансом поглощения и излучения.
Источник
Куда деваются фотоны, когда гаснет источник света
Свет — это едва ли не самое распространенное явление во всей Вселенной, на один протон приходится порядка 20 млрд фотонов.
Свет буквально пронизывает космическое пространство, он повсюду, даже если мы его не видим, ибо свет – это не только видимые лучи Солнца или искусственных светильников, но и недоступное глазу инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.
Однако, что происходит, когда источник света внезапно гаснет, куда деваются фотоны, исчезают ли они бесследно или переходят в иное состояние?
Чтобы это понять, необходимо сначала разобраться в природе света. И вправду, что такое свет?
Как это ни странно, но в этом вопросе до сих пор не поставлена точка. Свет удивителен, он обладает свойствами и частицы, и волны, не являясь ни тем, ни другим. Проходя сквозь призму, свет проявляет себя как волна, выбивая же электроны из фотоэлемента, он ведет себя как частица, не обладая при этом ни массой, ни зарядом, ни даже размером.
Понятно, что такие псевдочастицы не могут рассматриваться как строительные блоки материи (фермионы). Это принципиально отличающийся класс элементов, задачей которых является перенос взаимодействия или энергии. Называются такие элементы бозонами .
Кстати, в отличие от «настоящих» частиц, бозоны могут находиться в неограниченном количестве в одной точке пространства. Бозоном является и фотон света. Когда вы включаете лампу, она начинает излучать триллионы фотонов, которые разлетаются в разные стороны со скоростью, близкой к 300 000 километров в секунду.
Единожды испущенные, фотоны могут лететь миллиарды лет, пока на их пути не встретится какое-либо физическое тело, столкнувшись с которым, они могут быть либо отражены, либо поглощены. Мы более или менее хорошо понимаем, что такое отражение, отражённый фотон ведет себя примерно так же, как отскакивающий от твердой поверхности шарик.
С поглощением всё немного интереснее, сравнение фотонов с шариками здесь уже не работает. Если бы фотоны были «настоящими» частицами, масса освещаемых тел должна была бы расти, но как мы знаем, фотон не имеет ни массы, ни размера.
Сталкиваясь с предметами, он сообщает им свою энергию, и этот процесс и называется поглощением. А поскольку фотон — это и есть по сути энергия взаимодействия, то можно сказать, что с ее окончательной передачей исчезает и сам фотон.
Примером такой передачи энергии может служить разрушительное воздействие гамма-излучения или нагревание предметов солнечным светом — инфракрасным излучением.
Когда вы выключаете свет в комнате, испущенные в последний момент фотоны продолжают метаться, отражаясь от предметов и теряя с каждым таким отражением часть энергии, пока она не будет исчерпана окончательно. Фотоны исчезают, а комната погружается во мрак.
Источник
Сколько тысяч лет солнечный свет добирается до Земли?
Мы привыкли считать, что для того, чтобы увидеть что-то по-настоящему древнее, нужно ехать в палеонтологический музей. Но это ошибка! Просто выйдите на балкон и подставьте лицо солнцу. Солнечному лучу, коснувшемуся кончика вашего носа, ни много ни мало – 100 тысяч лет.
«Стоп! – скажете вы. – Какие сто тысяч лет? Ведь свет идёт от Солнца до Земли восемь минут!» Ну да, восемь минут – от поверхности Солнца. Но зарождается-то он не на поверхности.
Сразу сделаем оговорку. Ещё никто в недрах Солнца не был, и все наши познания о том, что происходит в недрах светила, опираются исключительно на математические расчёты, в крайнем случае – на компьютерные модели. Поэтому цифры, которые мы будем приводить в дальнейшем, в известной степени условны. Однако они неплохо подтверждаются многочисленными наблюдениями и экспериментами, и потому считаются вполне достоверными.
Итак, солнечный свет состоит из фотонов. Фотон – это квант (неделимая частица) электромагнитного излучения. Фотоны, которые мы видим и ощущаем в виде света и тепла, рождаются глубоко внутри солнечного ядра в результате постоянно идущих там многоступенчатых термоядерных реакций. Под воздействием огромного давления и температуры два ядра водорода «сливаются», в результате чего в итоге образуется ядро гелия, мелкие частицы (позитроны и нейтрино) и очень много энергии в виде тех самых фотонов (гамма-квантов). Каждую секунду в ядре Солнца «сжигается» 600 миллионов тонн водорода, вот откуда берётся его энергия!
Фотоны движутся со скоростью света. Поэтому сперва кажется, что фотон должен очень быстро «вылететь» из ядра Солнца в космос. Но дело в том, что вещество в ядре имеет чудовищную плотность, атомы вещества «упакованы» там невероятно тесно. Поэтому, не пролетев даже нескольких миллиметров, фотон сталкивается с атомом, поглощается им, а затем снова «переизлучается», но уже с более низкой энергией. И этот цикл повторяется невероятно большое количество раз!
Чтобы понять этот механизм «переизлучения», представьте себе длинный вагон метро или автобуса, до отказа набитый людьми. Не протолкнуться! А нам нужно из одного конца вагона в другой передать шоколадный торт. И вот мы протягиваем торт ближайшему пассажиру с просьбой – «Передайте, пожалуйста, дальше!». Он передаёт соседу, тот – ещё кому-нибудь. И при этом каждый пассажир тайком откусывает от торта ма-а-аленький кусочек. В итоге торт доберётся до другого конца вагона – но много ли от него останется?
Точно так же и фотон – очень медленно «перепрыгивая» от одного атома к другому, он постепенно теряет энергию.
Та часть Солнца, в которой происходит подобное явление, красиво называется «зоной лучистого переноса» или просто «лучистой зоной». Однако не подумайте, что внутри «лучистой зоны» невероятно светло – нет, если бы мы смогли оказаться там, то увидели бы нечто невероятно плотное, чудовищно горячее и. угольно-чёрное. Квантов видимого света в лучистой зоне практически нет! Путешествие фотона внутри лучистой зоны, по разным оценкам, может занимать от 80 тысяч до 1 миллиона (!) лет.
Однако плотность и температура вещества при движении от центра к поверхности Солнца постепенно падают, энергия фотона становится всё меньше – и наконец «лучистая зона» заканчивается. Начинается «зона конвекции».
Вспомните, как внутри стоящей на плите кастрюли горячая вода поднимается кверху, а остывшая опускается вниз, на дно. А ещё при этом образуются пузыри – вода кипит. Примерно то же самое происходит внутри Солнца – горячий газ движется от лучистой зоны к поверхности, перенося энергию вместе с собой. В зоне конвекции кванты энергии как бы «путешествуют» внутри атомов. Наконец, атом газа испускает энергию наружу, а сам «остывает». Остывший газ снова опускается от поверхности к лучистой зоне. При этом образуются огромной величины «пузыри» – супергранулы. Каждый такой «пузырёк» примерно в 3 раза больше нашей Земли! Ближе к поверхности супергранулы разбиваются на более мелкие «пузырьки» раскалённого газа – гранулы.
Потерявший огромное количество энергии фотон превращается в квант видимого нами света и в конце концов достигает так называемой фотосферы, то есть видимой поверхности Солнца. Здесь фотону уже ничто не мешает, наконец, вылететь в открытый космос и отправиться к Земле с той самой скоростью света. Оставшийся путь в 150 миллионов километров он проходит всего лишь за 8 минут!
Так что тот самый фотон, «кусочек» солнечного лучика, который в данный момент попал вам на кончик носа, родился в незапамятные времена, сто или даже двести тысяч лет назад, когда на Земле был ледниковый период, бродили мамонты, саблезубые тигры, шерстистые носороги и другие удивительные животные. Здорово, правда?
Источник
10 принципов работы с естественным светом
Принцип первый. Внимательно следите за тем, как меняется естественный солнечный свет
Свет, исходящий от нашего основного источника естественного света, от солнца, в течение дня постоянно изменяется.
Если фотограф понимает свойства естественного света, то он всегда сможет без особого труда легко предположить, в какое время суток как будет выглядеть тот или иной ландшафт, та или иная сцена, в какой именно момент этот объект будет смотреться наиболее привлекательным. А все это означает как раз то, что этот фотограф сможет вернуться к съемке этого сюжета в то время, когда естественное освещение будет наиболее выгодным для него.
Принцип второй. Не бывает «плохого света» и «хорошего света»
Некоторые фотографы непонятно почему считают, что хорошим свет бывает только лишь в так называемое «режимное время», то есть незадолго до заката солнца и вскоре после его восхода. Эти фотографы предлагают всем снимать именно в эти часы, использовать в работе только свет «режимного времени». Жесткий полуденный естественный свет они считают совершенно неподходящим для фотографирования. Но это совершенно не так. Свет лишь ограничивает творческие возможности автора, но, ни в коем случае не требует чтобы тот в то или иное время зачехлял фотоаппарат.
Принцип третий. За светом нужно наблюдать
Настоятельно рекомендуем вам ежедневно, не пропуская ни одного дня, наблюдать за светом. Даже если вы сегодня не намереваетесь ничего фотографировать, даже если вообще не взяли с собой фотоаппарат – наблюдайте. Это вам всегда пригодится.
Наблюдайте не только за самим солнечным светом, но и за тем, как этот свет взаимодействует с другими предметами. С капельками воды, с листьями деревьев, с частичками пыли в воздухе…
Повнимательнее присмотритесь и к тому, как меняются свет и тень во время вашего перемещения из одной точки в другую.
Внимательно разглядывайте, анализируйте и изучайте работы старых мастеров фотографии и выдающихся фотографов современности. Перенимайте у них опыт, разгадывайте их загадки. Пытайтесь понять, как, в каких условиях был сделан тот или иной понравившийся вам снимок.
Чем больше вы будете наблюдать, тем проще непосредственно во время работы вам будет понять тот или иной вид освещения и научиться использовать его в своей практике.
Принцип четвертый. Ставьте эксперименты!
Если вас заинтересовало что-то в освещении конкретного места – сфотографируйте. Сфотографируйте хотя бы для того, чтобы реально, на практике увидеть, как это конкретное место при этом конкретном освещении будет смотреться на фотографии.
Независимо от того, как часто вы будете наблюдать за естественным освещением, как много о свете вы узнаете из статей в интернете и умных книжек, чтобы понять, как работает свет в фотографии — нужно фотографировать. Но предупредим сразу: от опытов и экспериментов не стоит ждать шедевров! Опыты нужны лишь для понимания того, как тот или иной вид естественного освещения ведет себя в реальной практике.
Принцип пятый. Экспозицию нужно выбирать с учетом того, что в последующем вы будете обрабатывать снимок на компьютере
Ваш фотоаппарат может быть самым дорогим, самым, как сейчас говорят, навороченным, но далеко не все сюжеты, которые вы захотите сфотографировать, будут умещаться в его динамический диапазон. Практически в любой ситуации даже опытному фотографу приходится всегда жертвовать либо светами, либо тенями. Очень часто эти жертвы совсем несложно компенсировать при постобработке изображения на компьютере в любом из ныне существующих графических редакторов. Вот поэтому уже при съемке нужно думать о том, как вы будете обрабатывать снимок впоследствии.
Принцип шестой. Всегда дожидайтесь нужного освещения!
Дождаться нужного для вас освещения – это самый простой способ контролировать естественный свет. Хотя у него есть и существенный недостаток: он весьма затратен по времени. Для того, чтобы наступил нужный момент, вам, возможно, придется ждать несколько минут (например, когда солнце выйдет из-за облаков), может быть, несколько часов (ну, скажем, рассвета или заката солнца), а может даже и гораздо дольше: несколько недель или даже месяцев, когда сложится всё так, как вам надо, как вы и задумали: раннее утро, весна, горы и подснежники. И соответствующее моменту освещение.
Принцип седьмой. Используйте в работе рассеянный свет
Самостоятельно сделать естественное освещение рассеянным не сможет ни один фотограф в мире. Ведь источник естественного освещения – это солнце. И повлиять на него, «скорректировать» его работу человек просто не в силах. Но, тем не менее, кое-какие выходы из положения все же можно найти. Один из самых простых способов получить рассеянный естественный свет – это контролировать положение фотокамеры относительно снимаемого объекта и относительно источника света, то есть, солнца. Ну, скажем, при съемке портрета фотографируемого человека можно попросить пройти в тень. В тени свет всегда бывает мягким и рассеянным. Если вы снимаете на открытом воздухе какие-то не очень большие предметы – их тоже лучше перенести в тень.
Влиять на естественное освещение можно так же и нехитрыми приспособлениями, а именно – отражателями и рассеивателями. Естественный свет, скорректированный этими приспособлениями, будет очень похож на солнечный свет в тени. К тому же, отражатель и расеиватель всегда могут находиться под рукой. Ну, а если настоящего отражателя у вас вдруг по каким-то причинам с собой не оказалось, в его качестве, например, при съемке портрета можно использовать любую светлую поверхность.
Принцип восьмой. Учитывайте направление света
Способами, описанными нами в предыдущем пункте, в процессе фотосъемки можно контролировать так же и направление естественного света. Можно перемещать объект съемки относительно источника света, а можно в этих же направлениях перемещаться самому фотографу. Короче, при съемке портрета, например, фотографируемого человека нужно располагать относительно солнышка так, чтобы светотеневой рисунок, образующийся на его лице, устраивал бы вас. То же самое можно делать и в комнате, работая над портретом без использования искусственного освещения.
Принцип девятый. Пробуйте отражать свет
Как известно, свет отражается от самых разных поверхностей. Способов отразить свет, как мы сегодня уже говорили, множество. Один из самых простых и самых эффектных способов отразить естественный (да и любой другой) свет – это использовать в работе отражатель, или, как его еще называют, лайт-диск.
При работе с лайт-диском лучи солнца отражаются от поверхности этого отражателя и перенаправляются фотографом или его ассистентом непосредственно на объект съемки. Если объект съемки располагается в тени, там, где свет обычно бывает особенно рассеянным, эффект, создаваемый отражателем, становится намного заметнее.
Как мы уже говорили, отражатели могут быть, так сказать, и природными, естественными. Практически любая достаточно ровная поверхность в той или иной степени может отражать свет. В роли отражателя могут выступить водная гладь реки, озера или моря, снег на земле, и даже песок. В городе отражателем может поработать асфальт или стены домов.
Принцип десятый. Источников естественного света может быть несколько. Ищите их!
Да-да! Не удивляйтесь! Хоть светило у нас с вами на всех только одно – солнышко, но источников естественного света одновременно может быть несколько. Такое обычно можно наблюдать в закрытых помещениях. Источниками света в этих условиях служат окна и дверные проемы. Ведь, как правило, хотя бы окон практически в любой комнате бывает несколько. Да и дверь может быть не одна. А в некоторых помещениях и потолки бывают прозрачными.
Было полезно? Ставь палец вверх, делись с друзьями, комментируй,
а главное — подписывайся на нас в Яндекс.Дзен !
Источник