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 Солнце красного цвета на закате?
Из чего состоит атмосфера Земли и как она влияет на свет — Что такое «видимый свет»? — Рэлеевское рассеяние и решение задачки о красном цвете Солнца
Сам по себе вопрос типа “какого цвета Солнце” не вызывает сложностей – Солнце желтое или даже почти белое. С таким ответом справится даже ребенок. Однако, думаю не раз каждый из нас наблюдал и другие оттенки цветов у Солнца – розоватые, оранжевые или даже красные.
Почему же привычное желтое Солнце на закате выглядит красным? Понятное дело, что цвет самого Солнца никак не меняется, ответ надо искать в искажениях которые возникают где-то “по пути”. Самый простой ответ на вопрос заключается в том, что свет от Солнца преломляется частицами в атмосфере и все, что мы видим – это красный конец светового спектра. Чтобы лучше это понять, вы должны иметь представление о том, как свет ведет себя в воздухе, а точнее – в атмосфере нашей планеты.
Солнце в полдень и Солнце на закате мы наблюдаем будто бы с разных планет! На самом деле, дело не в планете, а в угле под которым ведется наблюдение.
Из чего состоит атмосфера Земли и как она влияет на свет
Атмосфера Земли – это один из основных факторов в определении цвета окрашивания заката. В основном атмосфера состоит из различных газов с добавлением других частиц и молекул. Это сказывается на том, что можно увидеть в каждом направлении, поскольку атмосфера полностью окружает Землю.
Наиболее распространенными газами в атмосфере Земли считаются азот (78%) и кислород (21%). Ещё один процент, который остается, состоит из прочих газов, таких как аргон, и водяного пара, а также большего количества мелких твердых элементов частиц, таких как пыль, сажа и пепел, пыльца, и испаряющаяся соль из океанов.
Но и это ещё не всё: атмосфера планеты, над разными участками суши может иметь разный состав, в ней может быть меньше или больше воды, пыли и т.п. Вулканы могут выкидывать много частиц пыли высоко в атмосферу, по своему загрязнять её могут разнообразные промышленные газы, продукты сгорания, пыль, сажа.
Как легко заметить из этого описания – атмосфера сама по себе, даже если кажется абсолютно прозрачной, на самом деле таковой не является. В её состав входит множество веществ которые могут искажать наблюдаемую картину, особенности на большом расстоянии.
Что такое “видимый свет”?
Теперь давайте посмотрим на световые волны и цвет света. Мы привыкли воспринимать свет лишь как мерило освещения, лишенный какой-бы то ни было физической составляющей. Но свет – в первую очередь это энергия, которая распространяется или даже “путешествует” в волнах. С точки зрения физики, свет – это волна из вибрирующих электрических и магнитных полей, которая считается частью электромагнитного диапазона. Электромагнитные волны перемещаются сквозь пространство со скоростью света (299,792 км/сек). Энергия испускания зависит от длины волн и частоты.
Длина волны – это промежуток между вершинами двух соседних волн. Частота волны – это число волн, которые успевают “накатить” за секунду. Чем больше длина волны света, тем ниже её частота, и меньше энергии она содержит.
Спектр видимого цвета разложенный по цветам
Видимый свет – это часть электромагнитного диапазона, который мы видим (большая часть электромагнитного диапазона для нас невидима). Свет от лампочки либо от Солнца может выглядеть белым, однако, на самом деле это комбинация многих цветов. Все видели радугу? Это все тот же привычный нам белый свет, только разложенный на составные части естественной призмой – капельками дождя.
Порядок цветов в радуге не случаен – цвета спектра “выстраиваются” согласно длине своей волны, частоты и энергии. Самый последний цвет в радуге – фиолетовый, имеет самую короткую длину волны, а значит именно у него самая большая частота и самая высокая энергия рассеивания. Наоборот, первый цвет радуги – красный, обладает самыми длинными волнами и самой низкой частотой и энергией рассеивания.
Рэлеевское рассеяние и ответ на вопрос – почему Солнце на закате красного цвета
А теперь соединим все эти знания вместе и посмотрим, что происходит со светом в атмосфере нашей планеты.
В первую очередь это, зависит от длины волны света и размера частиц в составе воздуха. Частицы пыли и водные капельки намного большего размера, чем длина волны видимого света, поэтому свет отражается от них в разных направлениях. Это все ещё тот же самый белый свет, отраженный целиком. Иначе дело обстоит, когда свет встречается с самыми мелкими частицами или молекулами газов. Эти элементы часто бывают меньше, чем длина волны видимого света и когда свет натыкается на них, то и действует он по-разному.
В полдень мы смотрим на Солнце через максимально тонкий слой атмосферы, а вот под вечер, свет вынужден пройти будто бы через огромную линзу по пути к нам
Часть света может быть поглощена молекулой, чтобы вернутся уже в виде излучения – но точно того же цвета, что был поглощен. Дело лишь в том, что различные цвета света ведут себя при этом по-разному. Более высокие частоты (голубые) поглощаются чаще, чем более низкие частоты (красные). Этот процесс носит название рассеяния Рэлея.
Итак, ответ на вопрос “Почему солнце на закате красное?” следующий: на закате (и на рассвете), свет от Солнца должен проделать более длинный путь через атмосферу к наблюдателю, поэтому чем дальше он движется, тем больше отражается и рассеивается по пути. Соответственно, страдает от этого в первую очередь “голубая” часть спектра – из белого света пропадают коротковолновые оттенки (фиолетового, голубого и зеленого), зато длинноволновые (красные и оранжевые) остаются хорошо заметны. Цвет Солнца, таким образом, кажется нам красным.
Аналогичным образом цвет света Солнца может поменять, к примеру, лесной пожар – в воздух поднимаются большие тучи мелкой сажи, из-за чего Солнце сквозь дым также выглядит красным.
Источник
Физика города: почему закаты красные и как предсказывать по ним погоду
Иллюстрация: Ольга Денисова
Мы наблюдаем закат каждый вечер, и каждый вечер он нас впечатляет, настраивает на медитативный лад и заставляет тянуться за смартфоном с камерой. Наши друзья из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» помогли разобраться, почему солнце и небо меняют цвет и как определить погоду на завтра без помощи метеорологов.
Если вы смотрите на заходящее солнце, сидя рядом с кем-то, ваш сосед увидит не совсем то же самое, что вы. Окраска луча зависит от того, как глаз воспринимает длину волны. А каждый человек в этом смысле чуточку уникален.
Солнце светит всеми лучами спектра одновременно. Короткие волны отвечают за фиолетовый цвет, а длинные – за красный. Однако эти волны попадают нам на сетчатку не напрямую, сначала они проходят сквозь атмосферу – газовый защитный слой Земли. Поскольку наша планета крутится вокруг Солнца, светило в течение дня находится в разном положении относительно ее поверхности, и толщина атмосферы, которая нас разделяет, также разная.
В полдень солнечные лучи проходят по короткому пути, падают отвесно и не успевают рассеяться. Именно поэтому с 12.00 до 15.00 нам приходится щуриться и носить темные очки. Вечером Солнце расположено перпендикулярно к позиции наблюдателя, преграда (атмосфера) в этот момент толще. Продраться через нее могут только длинные волны – красные. Вот почему этот цвет и его оттенки преобладают на небе во время заката.
Виды Москвы: летний закат с высоты птичьего полета
По цвету заката действительно можно определить погоду на ближайшие часы. Чем сильнее атмосфера заполонена облаками, тем сильнее она рассеивает лучи света. Лишь самые длинные, то есть самые красные, волны доберутся до нас. А значит алый закат – предвестник дождя. Тем же принципом прогнозирования можно руководствоваться на рассвете. Нужно только помнить, что утром атмосфера чище, чем в сумерках, так как не успела загрязниться, поэтому на восходе Солнце кажется ярче.
Екатерина Ефремова, Детский центр научных открытий «ИнноПарк»
О «Физике города»
Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?
Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.
Источник
Почему закат красный?
По давней народной примете, красный закат предвещает ветреный день. На самом деле это так лишь отчасти.
Солнце одновременно светит всеми семью цветами спектра, но прежде, чем попасть на Землю, лучи должны пройти через защитный газовый слой атмосферы, которая так или иначе искажает их восприятие. Ведь любой свет представляет собой электромагнитную волну, от которой зависит, каким нам покажется цвет предмета. Наиболее короткими являются волны синего спектра, а наиболее длинными — красного.
Схема движения Солнца по небу в течение дня
В течение дня Солнце занимает разные положения относительно той точки Земли, где находится предполагаемый наблюдатель. Следовательно, и толщина атмосферы, которую приходится преодолевать солнечным лучам, тоже разная. В полдень лучи проходят по короткому пути, падают отвесно и не успевают рассеяться. Поэтому, находясь в зените, солнце кажется нам белым.
Вечером солнечным лучам приходится преодолевать более толстый слой атмосферы, так как они падают на поверхность Земли под углом. Попав в атмосферу, в первую очередь рассеивается синяя часть спектра, затем остальные и наших глаз достигают только длинные красные волны — как наиболее устойчивые к помехам. (Кстати, именно по этому принципу выбирали цвета для дорожных светофоров.)
Но на процесс рассеивания солнечных лучей влияет не только толщина атмосферы. Большую роль играет присутствие в воздухе невидимых человеческому глазу частиц пыли и пара. Они обычно скапливаются в атмосфере при высоком давлении, связанным с сухой погодой. Зарождающийся ветер перемешивает их, формируя определенную зону, где частиц содержится больше, чем в спокойной атмосфере.
Источник