Напэўна, амаль кожны дзень свайго жыцця вы глядзелі на неба і бачылі яго блакітным. Магчыма, бывалі дні, калі неба было іншых кветак, напрыклад, падчас снегападаў, калі свет над галавой здаваўся сталёвым і шэрым, ці калі вы калі-небудзь прысутнічалі пры вывяржэнні вулкана ці лясным пажары, якія афарбавалі неба ў злавесны аранжавы колер.
Аднак часцей за ўсё блакітнае неба над галавой - адно з самых распаўсюджаных і часта падзяляемых людзьмі на Зямлі з'яў. З спрадвечных часоў мы глядзім на неба і бачым розныя адценні сіняга, калі свеціць сонца. І, хутчэй за ўсё, з спрадвечных часоў дзеці задаюцца пытаннем, чаму гэта адбываецца.
Адказ на самой справе даволі складаны, таму не хвалюйцеся, калі вы дарослы чалавек, які ўсё жыццё ведаў прычыну блакітнага колеру нашага неба! Аказваецца, адценне нашага неба звязана з тым, што сінія і фіялетавыя хвалі святла рассейваюцца часцей, чым любыя іншыя, пры ўзаемадзеянні з малекуламі ў нашай атмасферы. Каб разабрацца ў гэтым, нам трэба будзе звярнуцца да асноў фізікі.
Як вымяраецца святло
Частка артыкула «Бачны сонечны спектр» | Энцыклапедыя Britannica/GettyImages
Святло, калі сцісла, вырабляе энергію, якая распаўсюджваецца ў выглядзе хваль. Кожная з гэтых хваль мае розную даўжыню ў залежнасці ад тыпу энергіі, і гэтая даўжыня называецца даўжынёй хвалі, якая вымяраецца ў нанаметрах. Даўжыня кожнай хвалі прыводзіць да розных колераў, якія ўспрымае чалавечае вока.
Фіялетавы колер мае самую кароткую даўжыню хвалі - 380-435 нм, за ім варта сіні з даўжынёй хвалі 435-500 нм. Чырвоны колер мае самую доўгую хвалю - 625-740 нм, а астатнія колеры вясёлкі знаходзяцца дзесьці паміж гэтымі значэннямі. Разам гэтыя колеры складаюць бачны спектр колераў, якія могуць успрымаць нашы вочы.
Як даўжыня хваль стварае колер неба
Праламленне вясёлкавага святла прызмай | Браян А. Джэксан / Shutterstock
Святло распаўсюджваецца па прамых лініях, пакуль не сутыкнецца з часціцамі, такімі як кісларод і азот, якімі напоўнена атмасфера Зямлі. Кантакт з гэтымі часціцамі прыводзіць да расшчаплення святла ў выпадковых напрамках.
Паколькі сіні і фіялетавы колеры маюць самыя кароткія даўжыні хваль, яны рассейваюцца часцей пры ўзаемадзеянні з часціцамі атмасферы. Гэты эфект рассейвання, званы рэлееўскім рассейваннем, робіць гэтыя колеры бачнымі для чалавечага вока.
У канчатковым выніку нашы вочы бачаць неба блакітным, таму што яны больш адчувальныя да блакітнага святла, чым да фіялетавага. Між тым, калі б мы глядзелі проста на сонца - што, дарэчы, дрэнная ідэя - мы б бачылі асляпляльна белае святло. Гэта адбываецца таму, што мы глядзелі б прама на святло, які, як даказаў Ісаак Ньютан у сваім знакамітым эксперыменце з прызмай, утрымоўвае ўсе бачныя даўжыні хваль.
Аднак, калі мы глядзім на неба, мы бачым святло, якое рассеялася пасля ўзаемадзеяння з нашай атмасферай, якая стварае выдатны блакітны купал над нашымі галовамі.
Як навукоўцы высветлілі, чаму неба здаецца блакітным
Блакітнае воблачнае неба над адкрытай прасёлкавай дарогай ARTpok / Shutterstock
Гэта з'ява ўпершыню была выяўлена ірландскім прафесарам фізікі Джонам Ціндалам, які спрабаваў зразумець, як сонечнае святло выклікае награванне Зямлі. Ён напоўніў шкляную трубку часціцамі, якія змяшчаюцца ў атмасферы Зямлі, а затым выпусціў у яе дым.
Затым ён заўважыў, што паветра здавалася сінім пры назіранні з таго ж кірунку, адкуль быў выпушчаны дым, але чырвоным пры назіранні з процілеглага боку. Гэта прывяло Ціндала да высновы, што колер паветра вызначаецца ўзаемадзеяннем святла з часціцамі пылу ў атмасферы Зямлі.
У 1870 годзе брытанскі фізік Джон Уільям Страт удакладніў высновы Тындала і пацвердзіў, што малекулы паветра адказныя за рассейванне светлавых хваль у нашай атмасферы, тым самым ствараючы яе колер. Без гэтага ўзаемадзеяння неба выглядала б ясным, а не блакітным, паколькі яно запоўнена бясколернымі газамі. Ён таксама распрацаваў матэматычную тэорыю, якая тлумачыць, чаму малекулы атмасферы рассейваюць карацейшыя хвалі часцей, чым даўжэйшыя.
Чаму неба чырвонае досвіткам і заходзе?
Захад над дрэвамі і раўнінай у чырвоным небе KensCanning / Shutterstock
Кожную раніцу, калі сонца ўзыходзіць і заходзіць, яно задавальняе захапляльнае відовішча фарбаў і адценняў. Гэта з'ява тлумачыцца тым, што калі сонца знаходзіцца бліжэй да гарызонту, яго святлу даводзіцца праходзіць праз значна большы слой атмасферы, каб дасягнуць нашых вачэй, чым калі яно знаходзіцца бліжэй да неба.
Большы аб'ём атмасферы азначае, што сінія і зялёныя хвалі маюць больш часу для рассейвання, што прыводзіць да змешвання кветак і адценняў, у выніку чаго атрымліваюцца цудоўныя светлавыя шоу, якія мы назіраем кожную раніцу і вечар.
Чаму космас чорны?
Зоркі ў космасе на чорным фоне Triff / Shutterstock
Космас чорны, таму што большая яго частка не мае атмасферы, падобнай зямной, а гэта значыць, што для адлюстравання хваль няма часціц. Вядома, удалечыні знаходзяцца незлічоныя зоркі, якія выпраменьваюць святло, але той факт, што космас не выглядае асляпляльна белым, называецца парадоксам Ольберса.
Згодна з сучаснай навукай, космас па-ранейшаму выглядае чорным, нягледзячы на ўсе зоркі, як таму, што Сусвет мае канчатковы ўзрост, гэта значыць некаторыя далёкія крыніцы святла яшчэ не дасягнулі нас, так і таму, што Сусвет пашыраецца, што расцягвае святло ад далёкіх галактык за межы бачнага дыяпазону даўжынь хваль.
Чытаць далей:
-
Ці сапраўды працуе «дофамінавае галаданне»?
-
Дзіўная праўда аб тым, як пахне космас.
-
Астравы-чорныя дзюры і пустынныя бункеры: 7 дзіўных рэчаў, знойдзеных людзьмі на Google Earth.
-
Як фатаграфаваць паўночнае ззянне як прафесіянал
-
Штаты, якія найбольш пацярпелі ад лясных пажараў (карта).
Гэты артыкул першапачаткова быў апублікаваны на сайце www.mentalfloss.com пад загалоўкам «Чаму неба блакітнае?».