Czy zastanawiałeś się kiedyś dlaczego niebo jest niebieskie? W końcu atmosfera składa się z przezroczystego powietrza, a światło słoneczne jest białe. Jak to się dzieje, że w ciągu dnia, w świetle Słońca, niebo staje się błękitne i nieprzejrzyste? Do 1899 roku ten paradoks był nierozwiązywalny, ale teraz nauka zna odpowiedź.

Dlaczego niebo jest niebieskie?

Odpowiedź leży w naturze światła. Światło białe składa się z siedmiu kolorów widma: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego, indygo i fioletu, z których każdy ma określoną długość fali. Czerwone fale świetlne są najdłuższe, pomarańczowe nieco krótsze... fioletowe są najkrótsze.

1. Słońce
2. Promienie światła
3. Kolory widma tworzące widzialną część promieniowania (światła) naszego Słońca.
4. Ziemia

Gdy światło przechodzi przez gęstą atmosferę ziemską, zaczyna się rozpraszać, załamując się na maleńkich cząsteczkach gazu, pary wodnej i pyłu. Jak już zapewne się domyślasz, nie wszystkie składowe widma są rozproszone równomiernie. Dzięki temu długie czerwone fale praktycznie nie rozpraszają się na boki, podążając za wiązką aż do ziemi. Natomiast niebieskie światło krótkofalowe bardzo dobrze rozprasza się na boki, zabarwiając całe niebo na niebiesko-niebieskie odcienie.

1. Fale świetlne
2. atmosfera ziemska
3. Załamanie i rozproszenie niebieskiej części widma

Im krótsza długość fali światła, tym bardziej jest ono rozproszone w atmosferze i odwrotnie. Cyfra „3” na rysunku oznacza proces załamania światła na cząsteczkach gazu, cząsteczkach pyłu i kropelkach wody wypełniających atmosferę.

Krótka odpowiedź: Niebieska część spektrum kolorów Słońca, ze względu na krótką długość fali, jest lepiej rozproszona w atmosferze ziemskiej w porównaniu z pozostałymi 6 kolorami widma.

Dlaczego niebo NIE jest fioletowe?

Fioletowa część widma ma w rzeczywistości krótszą długość fali niż część niebieska i dlatego jest lepiej rozproszona w atmosferze. Jednak nasze niebo nie jest fioletowe. Dlaczego? Po pierwsze, Słońce ma nierówne widmo – promieniowanie fioletowe jest znacznie mniej niebieskie. Po drugie, ludzkie oczy są mniej wrażliwe na kolor fioletowy.

Dlaczego zachód słońca jest czerwony?

O świcie i zachodzie słońca światło słoneczne wędruje stycznie do powierzchni ziemi – odległość, jaką wiązka pokonuje przez atmosferę, znacznie wzrasta. Całe światło o krótkich falach jest rozpraszane na boki na długo przed dotarciem do obserwatora. Do ziemi docierają jedynie długie, pomarańczowe i czerwone fale, które delikatnie rozpraszają się wzdłuż bezpośrednich promieni i barwią lokalną część nieba.

Ludzie zawsze zastanawiali się, dlaczego niebo jest niebieskie. Nasi słowiańscy przodkowie wierzyli, że ziemia jest okrągła i zbiega się z niebem na jej krawędziach. Sama Ziemia jest otoczona bezkresnym oceanem. Niebo jest wielką sklepioną kopułą, która pokrywa całą ziemię. Słowianie wierzyli, że niebo jest bardzo solidne i stworzył je Bóg, aby zamieszkiwały tam dusze ludzi i aniołów. Grecy w starożytności wierzyli, że niebo jest zrobione z kryształu, który się mieni i dlatego jest niebieski.

Niebo to powietrze, którym oddychamy. Kolor i wygląd nieba, które widzimy z ziemi, zależy od pory dnia, pogody i pory roku. Chmury, gwiazdy przy dobrej pogodzie i księżyc są często widoczne na niebie. Ziemskie niebo można pomalować na różne kolory w zależności od pogody, różniące się od nieba widzianego z samolotu, zwłaszcza gdy pada deszcz. Niebo może mieć różne kolory i odcienie, ponieważ sieć ledwo widocznych kropel wody i mikrocząstek pyłu zawsze unosi się nad ziemią. Jest to aerozol atmosferyczny, który bierze udział w rozpraszaniu wiązki światła i wpływa na kolor nieba, które widzimy z ziemi.

Przez cały czas snuto przypuszczenia, dlaczego niebo jest niebieskie. W czasach Goethego ludzie wierzyli, że niebo stało się niebieskie w wyniku zmieszania się światła i ciemności. W XVI wieku Leonardo da Vinci zapewniał wszystkich, że niebo przybiera błękitny odcień na tle reszty ciemnej przestrzeni. Już w XVIII wieku wysunięto teorię, że składniki powietrza malują niebo na ten kolor. Naukowcy wierzyli, że powietrze zawiera duże ilości zanieczyszczeń, gazów i pyłów, natomiast czyste powietrze będzie czarne. Po tych założeniach powstało wiele sporów i domysłów, ale tylko jedna osoba miała rację, angielski fizyk Rayleigh.

Na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie, odpowiada prawo fizyki. Angielski naukowiec Rayleigh rozwiał wszelkie domysły w XIX wieku. Według tej teorii światło jest rozpraszane przez cząsteczki powietrza. Rayleigh udowodnił, że kolor naszego nieba zależy od długości fali światła. Jednocześnie intensywność rozpraszania kolorowych promieni tworzących światło słoneczne nie jest taka sama. Długość fali czerwonych promieni słonecznych jest dłuższa niż fal fioletowych, więc pojawi się więcej promieni fioletowych niż czerwonych. Po rozproszeniu promienie mieszają się ze sobą, a niebo staje się niebieskie.

Dla wielu nie jest jasne, dlaczego niebo jest niebieskie, ponieważ atmosfera składa się z powietrza, a powietrze jest całkowicie przezroczyste i bezbarwne. W ciągu dnia, gdy świeci słońce, niebo staje się błękitne, a nocą staje się przezroczyste. Rzecz w tym, że promienie słoneczne zabarwiają powietrze wysoko nad naszymi głowami. Słońce wysyła promienie na powierzchnię ziemi, które przechodzą przez grubą warstwę powietrza otaczającą naszą planetę. Promień słońca jest wielobarwny i składa się ze wszystkich kolorów tęczy. Gdy promień światła słonecznego przechodzi przez grubą warstwę atmosfery, cząsteczki powietrza rozpraszają się i rozpylają wszystkie kolory widma słonecznego, przede wszystkim niebieski, dzięki czemu niebo staje się niebieskie.

Odpowiedź na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie, jest dość prosta. Światło słoneczne lub światło lampy wydaje nam się białe, ale składa się z siedmiu kolorów, które są każdemu znane. Atmosfera wokół Ziemi wypełniona jest powietrzem składającym się z cząsteczek gazu i pyłu. Promień słońca przechodząc przez przestrzeń powietrzną zderza się z cząsteczkami atmosfery i odbija się w innym kierunku, czyli ulega rozproszeniu. Niektóre kolory, czerwony i pomarańczowy, przechodzą bezpośrednio przez słońce, nie ulegając rozproszeniu. Niebieskie promienie odbijają się i rozpraszają w przestrzeni, dzięki czemu niebo ma niebieski odcień. Kiedy patrzymy w niebo, widzimy niebieskie promienie, które je przenikają.

Dlaczego niebo jest czerwone

Dlaczego niebo jest niebieskie, ale szkarłatne podczas zachodu słońca? Odpowiedź ponownie leży w prawach fizyki: promienie czerwone mają największą długość. Z tego powodu światło czerwone może przenikać przez warstwę atmosfery ziemskiej, nawet gdy światło słoneczne znika za horyzontem. Niebo jest zabarwione na niebiesko tylko przy dobrej pogodzie, ponieważ wszystko jest pokryte chmurami i chmurami. Podczas deszczu lub pochmurnej pogody widmo promieni świetlnych nie może przedostać się przez atmosferę na powierzchnię ziemi. Tylko niewielka liczba promieni świetlnych dociera do powierzchni i jest załamywana przez wodę, która znajduje się na dość dużej wysokości. Woda ta zniekształca promienie świetlne słońca.

Znaki ludowe o kolorze nieba

Nasi przodkowie nauczyli się przewidywać pogodę na podstawie sygnałów płynących z natury. Istnieje wiele ludowych przesądów na temat pogody, które kojarzą się z kolorem nieba. Jeśli podczas zachodu słońca niebo na wschodzie wypełni się szkarłatnym światłem, oznacza to, że wieje silny wiatr. Jeśli niebo na zachodzie jest czerwone, następnego dnia pogoda będzie dobra. O świcie niebo robi się czerwone - będzie ulewny deszcz i wiatr. Jeśli niebo na południowym wschodzie będzie czerwone, będzie padać. Zielony odcień nieba, który prześwituje przez chmury podczas deszczu, wskazuje na jego intensyfikację. Po zachodzie słońca niebo zrobiło się zielone, spodziewane są ulewne deszcze i wiatry, gdyż według starych wierzeń zielone niebo zwiastuje „cholerną pogodę”. Jeśli niebo jest ciemnoszare i wieje wiatr z południa, należy spodziewać się niższych temperatur. Jeśli latem rano zobaczysz czyste i czyste niebo, za kilka godzin należy spodziewać się chmur deszczowych. Jeśli jednak na niebie widoczne będą małe chmury, pogoda będzie pogodna i ciepła.

W pogodny, słoneczny dzień niebo nad nami wygląda na jasnoniebieskie. Wieczorem zachód słońca zabarwia niebo na czerwono, różowo i pomarańczowo. Dlaczego niebo jest niebieskie? Co sprawia, że ​​zachód słońca jest czerwony?

Aby odpowiedzieć na te pytania, trzeba wiedzieć, czym jest światło i z czego zbudowana jest atmosfera ziemska.

Atmosfera

Atmosfera jest mieszaniną gazów i innych cząstek otaczających Ziemię. Atmosfera składa się głównie z gazów azotu (78%) i tlenu (21%). Kolejnymi najczęściej występującymi w atmosferze gazami są argon i woda (w postaci pary wodnej, kropelek i kryształków lodu), których stężenie nie przekracza odpowiednio 0,93% i 0,001%. Atmosfera ziemska zawiera również niewielkie ilości innych gazów, a także drobne cząsteczki pyłu, sadzy, popiołu, pyłków i soli, które dostają się do atmosfery z oceanów.

Skład atmosfery zmienia się w niewielkich granicach w zależności od lokalizacji, pogody itp. Stężenie wody w atmosferze wzrasta podczas burz, a także w pobliżu oceanu. Wulkany są w stanie wyrzucać ogromne ilości popiołu wysoko do atmosfery. Zanieczyszczenia spowodowane przez człowieka mogą również dodawać różne gazy, pyły i sadzę do normalnego składu atmosfery.

Gęstość atmosfery na małych wysokościach w pobliżu powierzchni Ziemi jest największa, a wraz ze wzrostem wysokości stopniowo maleje. Nie ma jasno określonej granicy pomiędzy atmosferą a przestrzenią.

Fale świetlne

Światło to rodzaj energii przenoszonej przez fale. Oprócz światła fale niosą ze sobą inne rodzaje energii, na przykład fala dźwiękowa to wibracja powietrza. Fala świetlna to oscylacja pola elektrycznego i magnetycznego, zakres ten nazywany jest widmem elektromagnetycznym.

Fale elektromagnetyczne przemieszczają się w pozbawionej powietrza przestrzeni z prędkością 299,792 km/s. Prędkość, z jaką rozchodzą się te fale, nazywana jest prędkością światła.

Energia promieniowania zależy od długości fali i jej częstotliwości. Długość fali to odległość pomiędzy dwoma najbliższymi szczytami (lub dolinami) fali. Częstotliwość fali to liczba drgań fali na sekundę. Im dłuższa fala, tym niższa jest jej częstotliwość i tym mniej energii niesie.

Widoczne jasne kolory

Światło widzialne to część widma elektromagnetycznego, którą mogą zobaczyć nasze oczy. Światło emitowane przez Słońce lub żarówkę może wydawać się białe, ale w rzeczywistości jest mieszaniną różnych kolorów. Różne kolory widma światła widzialnego można zobaczyć, rozkładając je na składowe za pomocą pryzmatu. Widmo to można zaobserwować także na niebie w postaci tęczy powstałej w wyniku załamania światła słonecznego w kropelkach wody, działających jak jeden gigantyczny pryzmat.

Kolory widma mieszają się i stale przekształcają jeden w drugi. Na jednym końcu widmo ma kolory czerwony lub pomarańczowy. Kolory te płynnie przechodzą w żółty, zielony, niebieski, indygo i fiolet. Kolory mają różne długości fal, różne częstotliwości i różnią się energią.

Rozchodzenie się światła w powietrzu

Światło przemieszcza się w przestrzeni po linii prostej, jeśli na jego drodze nie ma przeszkód. Kiedy fala świetlna dociera do atmosfery, kontynuuje podróż po linii prostej, aż na jej drodze staną cząsteczki pyłu lub gazu. W tym przypadku to, co stanie się ze światłem, będzie zależeć od jego długości fali i wielkości cząstek zatrzymanych na jego drodze.

Cząsteczki kurzu i kropelki wody są znacznie większe niż długość fali światła widzialnego. Światło odbija się w różnych kierunkach, gdy uderza w te duże cząstki. Cząsteczki te odbijają jednakowo różne kolory światła widzialnego. Odbite światło wydaje się białe, ponieważ nadal zawiera te same kolory, które były obecne przed jego odbiciem.

Cząsteczki gazu są mniejsze niż długość fali światła widzialnego. Jeśli zderzy się z nimi fala świetlna, wynik zderzenia może być inny. Kiedy światło zderza się z cząsteczką dowolnego gazu, jego część jest pochłaniana. Nieco później cząsteczka zaczyna emitować światło w różnych kierunkach. Kolor emitowanego światła jest taki sam jak kolor, który został pochłonięty. Ale kolory o różnych długościach fal są absorbowane inaczej. Wszystkie kolory mogą być absorbowane, ale wyższe częstotliwości (niebieski) są pochłaniane znacznie silniej niż niższe częstotliwości (czerwony). Proces ten nazywany jest rozpraszaniem Rayleigha i nazwany na cześć brytyjskiego fizyka Johna Rayleigha, który odkrył to zjawisko rozpraszania w latach siedemdziesiątych XIX wieku.

Dlaczego niebo jest niebieskie?

Niebo jest niebieskie ze względu na rozpraszanie Rayleigha. Gdy światło przemieszcza się przez atmosferę, większość długich fal widma optycznego przechodzi przez nią w niezmienionej postaci. Tylko niewielka część kolorów czerwonego, pomarańczowego i żółtego wchodzi w interakcję z powietrzem.

Jednak wiele krótszych długości fal światła jest absorbowanych przez cząsteczki gazu. Po wchłonięciu niebieski kolor jest emitowany we wszystkich kierunkach. Jest rozproszony po całym niebie. Bez względu na to, w którą stronę spojrzysz, część tego rozproszonego niebieskiego światła dociera do obserwatora. Ponieważ niebieskie światło jest widoczne wszędzie nad głową, niebo wydaje się niebieskie.

Jeśli spojrzysz w stronę horyzontu, niebo będzie miało bledszy odcień. Dzieje się tak w wyniku pokonywania przez światło większej odległości przez atmosferę, aby dotrzeć do obserwatora. Rozproszone światło jest ponownie rozpraszane przez atmosferę i mniej niebieskiego światła dociera do oczu obserwatora. Dlatego kolor nieba w pobliżu horyzontu wydaje się jaśniejszy lub nawet całkowicie biały.

Czarne niebo i białe słońce

Z Ziemi Słońce wydaje się żółte. Gdybyśmy byli w kosmosie lub na Księżycu, Słońce wydawałoby nam się białe. W kosmosie nie ma atmosfery rozpraszającej światło słoneczne. Na Ziemi niektóre krótkie fale światła słonecznego (niebieski i fioletowy) są pochłaniane przez rozpraszanie. Reszta widma ma kolor żółty.

Ponadto w kosmosie niebo wygląda na ciemne lub czarne, a nie niebieskie. Jest to efekt braku atmosfery, stąd światło nie jest w żaden sposób rozpraszane.

Dlaczego zachód słońca jest czerwony?

Gdy słońce zachodzi, światło słoneczne musi pokonać większą odległość w atmosferze, aby dotrzeć do obserwatora, dlatego więcej światła słonecznego jest odbijane i rozpraszane przez atmosferę. Ponieważ do obserwatora dociera mniej bezpośredniego światła, Słońce wydaje się mniej jasne. Kolor Słońca również wydaje się inny, od pomarańczowego do czerwonego. Dzieje się tak, ponieważ rozproszonych jest jeszcze więcej kolorów o krótkich falach, niebieskiego i zielonego. Pozostają jedynie długoterminowe składowe widma optycznego, które docierają do oczu obserwatora.

Niebo wokół zachodzącego słońca może mieć różne kolory. Niebo jest najpiękniejsze, gdy w powietrzu znajduje się wiele drobnych cząstek pyłu lub wody. Cząsteczki te odbijają światło we wszystkich kierunkach. W tym przypadku rozpraszane są krótsze fale świetlne. Obserwator widzi promienie światła o większej długości fali, dlatego niebo wydaje się czerwone, różowe lub pomarańczowe.

Więcej o atmosferze

Co to jest atmosfera?

Atmosfera jest mieszaniną gazów i innych substancji otaczających Ziemię w postaci cienkiej, przeważnie przezroczystej powłoki. Atmosfera utrzymywana jest w miejscu dzięki grawitacji Ziemi. Głównymi składnikami atmosfery są azot (78,09%), tlen (20,95%), argon (0,93%) i dwutlenek węgla (0,03%). Atmosfera zawiera także niewielkie ilości wody (w różnych miejscach jej stężenie waha się od 0% do 4%), cząstek stałych, gazów neonowych, helu, metanu, wodoru, kryptonu, ozonu i ksenonu. Nauka badająca atmosferę nazywa się meteorologią.

Życie na Ziemi nie byłoby możliwe bez atmosfery, która dostarcza tlen niezbędny do oddychania. Ponadto atmosfera pełni jeszcze jedną ważną funkcję - wyrównuje temperaturę na całej planecie. Gdyby nie było atmosfery, w niektórych miejscach na planecie panowałby skwierczący upał, a w innych ekstremalnie zimno, a zakres temperatur mógłby wahać się od -170°C w nocy do +120°C w dzień. Atmosfera chroni nas również przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym i kosmicznym, pochłaniając je i rozpraszając.

Z całkowitej ilości energii słonecznej docierającej do Ziemi około 30% jest odbijane przez chmury i powierzchnię Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Atmosfera pochłania około 19% promieniowania słonecznego, a tylko 51% jest pochłaniane przez powierzchnię Ziemi.

Powietrze ma ciężar, chociaż nie jesteśmy tego świadomi i nie czujemy ciśnienia słupa powietrza. Na poziomie morza ciśnienie to wynosi jedną atmosferę, czyli 760 mmHg (1013 milibarów lub 101,3 kPa). Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne gwałtownie maleje. Ciśnienie spada 10 razy na każde 16 km wysokości. Oznacza to, że przy ciśnieniu 1 atmosfery na poziomie morza, na wysokości 16 km ciśnienie będzie wynosić 0,1 atm, a na wysokości 32 km - 0,01 atm.

Gęstość atmosfery w jej najniższych warstwach wynosi 1,2 kg/m3. Każdy centymetr sześcienny powietrza zawiera około 2,7 * 10 19 cząsteczek. Na poziomie gruntu każda cząsteczka porusza się z prędkością około 1600 km/h, zderzając się z innymi cząsteczkami 5 miliardów razy na sekundę.

Gęstość powietrza również szybko maleje wraz ze wzrostem wysokości. Na wysokości 3 km gęstość powietrza zmniejsza się o 30%. Osoby mieszkające w pobliżu poziomu morza doświadczają przejściowych problemów z oddychaniem po podniesieniu na taką wysokość. Najwyższa wysokość, na której ludzie mieszkają na stałe, wynosi 4 km.

Struktura atmosfery

Atmosfera składa się z różnych warstw, podział na te warstwy następuje ze względu na ich temperaturę, skład molekularny i właściwości elektryczne. Warstwy te nie mają jasno określonych granic, zmieniają się sezonowo, a ponadto zmieniają się ich parametry na różnych szerokościach geograficznych.

Podział atmosfery na warstwy w zależności od ich składu molekularnego

Homosfera

• Dolne 100 km obejmuje troposferę, stratosferę i mezopauzę.
• Stanowi 99% masy atmosfery.
• Cząsteczki nie są rozdzielane na podstawie masy cząsteczkowej.
• Skład jest dość jednorodny, z wyjątkiem kilku niewielkich lokalnych anomalii. Jednorodność jest utrzymywana poprzez ciągłe mieszanie, turbulencje i turbulentną dyfuzję.
• Woda jest jednym z dwóch składników, które są nierównomiernie rozmieszczone. Gdy para wodna unosi się, ochładza się i skrapla, a następnie wraca na ziemię w postaci opadów - śniegu i deszczu. Sama stratosfera jest bardzo sucha.
• Ozon to kolejna cząsteczka, której rozkład jest nierównomierny. (Przeczytaj poniżej o warstwie ozonowej w stratosferze.)

heterosfera

• Rozciąga się ponad homosferą i obejmuje termosferę i egzosferę.
• Rozdział cząsteczek w tej warstwie opiera się na ich masach cząsteczkowych. Cięższe cząsteczki, takie jak azot i tlen, gromadzą się na dnie warstwy. W górnej części heterosfery przeważają lżejsze, hel i wodór.

Podział atmosfery na warstwy w zależności od ich właściwości elektrycznych.

Neutralna atmosfera

• Poniżej 100 km.

Jonosfera

• Około ponad 100 km.
• Zawiera naładowane elektrycznie cząstki (jony) powstające w wyniku absorpcji światła ultrafioletowego
• Stopień jonizacji zmienia się wraz z wysokością.
• Różne warstwy odbijają długie i krótkie fale radiowe. Dzięki temu sygnały radiowe poruszające się w linii prostej zaginają się wokół kulistej powierzchni ziemi.
• W tych warstwach atmosfery występują zorze polarne.
• Magnetosfera to górna część jonosfery, rozciągająca się na wysokość około 70 000 km. Wysokość ta zależy od intensywności wiatru słonecznego. Magnetosfera chroni nas przed wysokoenergetycznymi naładowanymi cząsteczkami pochodzącymi z wiatru słonecznego, utrzymując je w ziemskim polu magnetycznym.

Podział atmosfery na warstwy w zależności od ich temperatury

Wysokość górnej krawędzi troposfera zależy od pór roku i szerokości geograficznej. Rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości około 16 km na równiku i do wysokości 9 km na biegunie północnym i południowym.

• Przedrostek „tropo” oznacza zmianę. Zmiany parametrów troposfery zachodzą pod wpływem warunków pogodowych - na przykład w wyniku ruchu frontów atmosferycznych.
• Wraz ze wzrostem wysokości temperatura spada. Ciepłe powietrze unosi się, następnie ochładza i opada z powrotem na Ziemię. Proces ten nazywa się konwekcją, zachodzi w wyniku ruchu mas powietrza. Wiatry w tej warstwie wieją głównie pionowo.
• Ta warstwa zawiera więcej cząsteczek niż wszystkie pozostałe warstwy razem wzięte.

Stratosfera- rozciąga się w przybliżeniu od wysokości 11 km do 50 km.

• Ma bardzo cienką warstwę powietrza.
• Przedrostek „strato” odnosi się do warstw lub warstw.
• Dolna część stratosfery jest dość spokojna. Samoloty odrzutowe często latają w niższą stratosferę, aby uniknąć złej pogody w troposferze.
• Na szczycie stratosfery występują silne wiatry zwane strumieniami strumieniowymi występującymi na dużych wysokościach. Wieją poziomo z prędkością dochodzącą do 480 km/h.
• Stratosfera zawiera „warstwę ozonową”, położoną na wysokości od około 12 do 50 km (w zależności od szerokości geograficznej). Choć stężenie ozonu w tej warstwie wynosi zaledwie 8 ml/m 3, bardzo skutecznie pochłania on szkodliwe promienie ultrafioletowe ze słońca, chroniąc w ten sposób życie na ziemi. Cząsteczka ozonu składa się z trzech atomów tlenu. Cząsteczki tlenu, którymi oddychamy, zawierają dwa atomy tlenu.
• Stratosfera jest bardzo zimna, z temperaturą na dnie około -55°C i rosnącą wraz z wysokością. Wzrost temperatury wynika z absorpcji promieni ultrafioletowych przez tlen i ozon.

Mezosfera- rozciąga się na wysokość około 100 km.

• Wraz ze wzrostem wysokości temperatura gwałtownie rośnie.

Termosfera- rozciąga się na wysokości około 400 km.

• Wraz ze wzrostem wysokości temperatura gwałtownie wzrasta z powodu absorpcji promieniowania ultrafioletowego o bardzo krótkich falach.
• Meteory, czyli „spadające gwiazdy”, zaczynają się spalać na wysokościach około 110–130 km nad powierzchnią Ziemi.

Egzosfera- rozciąga się na setki kilometrów poza termosferę, stopniowo przemieszczając się w przestrzeń kosmiczną.

• Gęstość powietrza jest tutaj tak niska, że ​​używanie pojęcia temperatury traci wszelkie znaczenie.
• Kiedy cząsteczki zderzają się ze sobą, często odlatują w przestrzeń kosmiczną.

Dlaczego kolor nieba jest niebieski?

Światło widzialne to rodzaj energii, która może przemieszczać się w przestrzeni. Światło słoneczne lub żarówka wydaje się białe, chociaż w rzeczywistości jest to mieszanina wszystkich kolorów. Podstawowe kolory tworzące biel to czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Kolory te nieustannie przechodzą w siebie, dlatego oprócz kolorów podstawowych istnieje także ogromna liczba różnorodnych odcieni. Wszystkie te kolory i odcienie można zaobserwować na niebie w postaci tęczy, która pojawia się w obszarze o dużej wilgotności.

Powietrze wypełniające całe niebo jest mieszaniną maleńkich cząsteczek gazu i małych cząstek stałych, takich jak pył.

Gdy światło słoneczne przechodzi przez powietrze, napotyka cząsteczki i kurz. Kiedy światło zderza się z cząsteczkami gazu, może odbijać się w różnych kierunkach. Niektóre kolory, takie jak czerwony i pomarańczowy, docierają do obserwatora bezpośrednio, przechodząc bezpośrednio przez powietrze. Jednak większość niebieskiego światła odbija się od cząsteczek powietrza we wszystkich kierunkach. To rozprasza niebieskie światło po całym niebie i sprawia, że ​​wydaje się ono niebieskie.

Kiedy patrzymy w górę, część tego niebieskiego światła dociera do naszych oczu z całego nieba. Ponieważ wszędzie nad naszymi głowami widzimy błękit, niebo wydaje się niebieskie.

W przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza. Ponieważ nie ma przeszkód, od których światło mogłoby zostać odbite, światło przemieszcza się bezpośrednio. Promienie światła nie są rozproszone, a „niebo” wydaje się ciemne i czarne.

Eksperymenty ze światłem

Pierwszym eksperymentem jest rozkład światła na widmo

Do przeprowadzenia tego eksperymentu będziesz potrzebować:

• małe lusterko, kawałek białego papieru lub tektury, woda;
• duże, płytkie naczynie, takie jak kuweta lub miska, albo plastikowe pudełko na lody;
• słoneczna pogoda i okno wychodzące na słoneczną stronę.

Jak przeprowadzić eksperyment:

1. Napełnij kuwetę lub miskę do 2/3 wodą i umieść ją na podłodze lub stole tak, aby do wody docierały promienie słoneczne. Do prawidłowego przeprowadzenia eksperymentów wymagana jest obecność bezpośredniego światła słonecznego.
2. Umieść lustro pod wodą, aby promienie słoneczne padały na nie. Przytrzymaj kartkę papieru nad lustrem tak, aby promienie słońca odbite przez lustro padały na papier; w razie potrzeby wyreguluj ich względne położenie. Obserwuj spektrum kolorów na papierze.

Co się dzieje: Woda i lustro działają jak pryzmat, rozdzielając światło na kolorowe składowe widma. Dzieje się tak, ponieważ promienie świetlne przechodząc z jednego ośrodka (powietrza) do drugiego (wody) zmieniają swoją prędkość i kierunek. Zjawisko to nazywa się refrakcją. Różne kolory są inaczej załamywane, promienie fioletowe są bardziej hamowane i silniej zmieniają swój kierunek. Czerwone promienie zwalniają i mniej zmieniają kierunek. Światło jest rozdzielane na kolory składowe i możemy zobaczyć widmo.

Drugi eksperyment - modelowanie nieba w szklanym słoju

Materiały potrzebne do doświadczenia:

• przezroczysta wysoka szklanka lub przezroczysty plastikowy lub szklany słoik;
• woda, mleko, łyżeczka, latarka;
• ciemny pokój;

Przeprowadzenie eksperymentu:

1. Napełnij szklankę lub słoik wodą do 2/3, około 300-400 ml.
2. Do wody dodać 0,5 do jednej łyżki mleka, wymieszać.
3. Biorąc szklankę i latarkę, wejdź do ciemnego pokoju.
4. Trzymaj latarkę nad szklanką z wodą i skieruj wiązkę światła na powierzchnię wody, spójrz na szklankę z boku. W takim przypadku woda będzie miała niebieskawy odcień. Teraz skieruj latarkę na bok szyby i spójrz na wiązkę światła z drugiej strony szyby, tak aby światło przeszło przez wodę. W takim przypadku woda będzie miała czerwonawy odcień. Umieść latarkę pod szkłem i skieruj światło w górę, patrząc na wodę z góry. W takim przypadku czerwonawy odcień wody będzie wyglądał na bardziej nasycony.

W tym eksperymencie małe cząsteczki mleka zawieszone w wodzie rozpraszają światło pochodzące z latarki w taki sam sposób, w jaki cząsteczki i cząsteczki w powietrzu rozpraszają światło słoneczne. Kiedy szkło jest oświetlone od góry, woda wydaje się niebieskawa, ponieważ niebieski kolor jest rozproszony we wszystkich kierunkach. Kiedy patrzysz bezpośrednio na światło przez wodę, światło latarni wydaje się czerwone, ponieważ niektóre niebieskie promienie zostały usunięte w wyniku rozproszenia światła.

Trzeci eksperyment - mieszanie kolorów

Będziesz potrzebować:

• ołówek, nożyczki, biały karton lub kawałek papieru whatman;
• kolorowe kredki lub markery, linijka;
• kubek lub duża filiżanka o średnicy u góry 7...10 cm lub suwmiarka.
• Papierowy kubeczek.

Jak przeprowadzić eksperyment:

1. Jeśli nie masz suwmiarki, użyj kubka jako szablonu, aby narysować okrąg na kawałku kartonu i wyciąć okrąg. Za pomocą linijki podziel okrąg na 7 w przybliżeniu równych sektorów.
2. Pokoloruj te siedem sektorów w kolorach głównego spektrum - czerwonym, pomarańczowym, żółtym, zielonym, niebieskim, indygo i fioletowym. Staraj się pomalować dysk tak starannie i równomiernie, jak to możliwe.
3. Zrób dziurę na środku krążka i umieść krążek na ołówku.
4. Zrób dziurę w dnie papierowego kubka, średnica otworu powinna być nieco większa niż średnica ołówka. Odwróć kubek do góry nogami i włóż do niego ołówek z zamontowanym krążkiem tak, aby grafit ołówka spoczywał na stole, wyreguluj położenie krążka na ołówku tak, aby krążek nie dotykał dna kubka i znajdował się nad nim na wysokości 0,5..1,5 cm.
5. Szybko zakręć ołówkiem i spójrz na obracający się dysk, zwróć uwagę na jego kolor. Jeśli to konieczne, wyreguluj dysk i ołówek tak, aby mogły się łatwo obracać.

Wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska: kolory, którymi pomalowane są sektory dysku, są głównymi składnikami barw światła białego. Kiedy dysk obraca się wystarczająco szybko, kolory wydają się zlewać, a dysk wydaje się biały. Spróbuj poeksperymentować z innymi kombinacjami kolorów.

Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że kolor nieba jest cechą zmienną. Mgła, chmury, pora dnia – wszystko wpływa na kolor kopuły nad głową. Jego codzienna zmiana nie zajmuje umysłów większości dorosłych, czego nie można powiedzieć o dzieciach. Ciągle zastanawiają się, dlaczego niebo jest fizycznie niebieskie lub co sprawia, że ​​zachód słońca jest czerwony. Spróbujmy zrozumieć te nie takie proste pytania.

zmienny

Warto zacząć od odpowiedzi na pytanie, co właściwie reprezentuje niebo. W starożytnym świecie naprawdę postrzegano go jako kopułę pokrywającą Ziemię. Dziś jednak mało kto nie wie, że niezależnie od tego, jak wysoko ciekawski odkrywca wzniesie się, nie uda mu się dotrzeć do tej kopuły. Niebo nie jest rzeczą, ale raczej panoramą, która otwiera się, gdy patrzy się na nią z powierzchni planety, rodzaj wyglądu utkanego ze światła. Co więcej, obserwowany z różnych punktów może wyglądać inaczej. Tak więc ze wzniesienia się ponad chmury otwiera się zupełnie inny widok niż z ziemi w tym czasie.

Czyste niebo jest błękitne, ale gdy tylko nadeszły chmury, staje się szare, ołowiane lub brudnobiałe. Nocne niebo jest czarne, czasami widać na nim czerwonawe obszary. To odbicie sztucznego oświetlenia miasta. Powodem wszystkich takich zmian jest światło i jego interakcja z powietrzem i znajdującymi się w nim cząsteczkami różnych substancji.

Natura koloru

Aby odpowiedzieć na pytanie, dlaczego z fizyki niebo jest niebieskie, musimy pamiętać, jaki to kolor. Jest to fala o określonej długości. Światło docierające ze Słońca do Ziemi jest postrzegane jako białe. Już od eksperymentów Newtona wiadomo, że jest to wiązka siedmiu promieni: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego, indygo i fioletu. Kolory różnią się długością fali. W widmie czerwono-pomarańczowym znajdują się fale, które w tym parametrze robią największe wrażenie. części widma charakteryzują się krótkimi falami. Rozkład światła na widmo następuje w wyniku zderzenia z cząsteczkami różnych substancji, przy czym część fal może zostać pochłonięta, a część rozproszona.

Badanie przyczyny

Wielu naukowców próbowało wyjaśnić, dlaczego niebo jest niebieskie, pod względem fizycznym. Wszyscy badacze starali się odkryć zjawisko lub proces, który rozprasza światło w atmosferze planety w taki sposób, że w efekcie dociera do nas jedynie światło niebieskie. Pierwszymi kandydatami do roli takich cząstek była woda. Wierzono, że pochłaniają światło czerwone i przepuszczają światło niebieskie, dzięki czemu widzimy błękitne niebo. Późniejsze obliczenia wykazały jednak, że ilość ozonu, kryształków lodu i cząsteczek pary wodnej w atmosferze nie jest wystarczająca, aby nadać niebu błękitny kolor.

Powodem jest zanieczyszczenie

Na kolejnym etapie badań John Tyndall zasugerował, że rolę cząstek pożądanych pełni pył. Światło niebieskie ma największą odporność na rozpraszanie, dzięki czemu jest w stanie przejść przez wszystkie warstwy kurzu i innych zawieszonych cząstek. Tindall przeprowadził eksperyment, który potwierdził jego przypuszczenie. W laboratorium stworzył model smogu i oświetlił go jasnym, białym światłem. Smog nabrał niebieskiego zabarwienia. Naukowiec wyciągnął jednoznaczny wniosek ze swoich badań: o kolorze nieba decydują cząsteczki pyłu, co oznacza, że ​​gdyby powietrze na Ziemi było czyste, niebo nad głowami ludzi świeciłoby nie na niebiesko, ale na biało.

Badania Pana

Ostatni punkt na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie (z punktu widzenia fizyki), postawił angielski naukowiec, Lord D. Rayleigh. Udowodnił, że to nie kurz i smog zabarwiają przestrzeń nad naszymi głowami w znanym nam cieniu. Jest w samym powietrzu. Cząsteczki gazu absorbują najwięcej i przede wszystkim najdłuższe długości fal, odpowiadające czerwieni. Błękit rozprasza się. Dokładnie tak dzisiaj wyjaśniamy kolor nieba, który widzimy przy dobrej pogodzie.

Uważni zauważą, że zgodnie z logiką naukowców górna część kopuły powinna być fioletowa, ponieważ ten kolor ma najkrótszą długość fali w zakresie widzialnym. Nie jest to jednak błąd: udział fioletu w widmie jest znacznie mniejszy niż błękitu, a ludzkie oczy są na niego bardziej wrażliwe. W rzeczywistości niebieski, który widzimy, jest wynikiem zmieszania niebieskiego z fioletem i niektórymi innymi kolorami.

Zachody słońca i chmury

Każdy wie, że o różnych porach dnia można zobaczyć inny kolor nieba. Zdjęcia najpiękniejszych zachodów słońca nad morzem lub jeziorem są tego świetną ilustracją. Wszelkiego rodzaju odcienie czerwieni i żółci w połączeniu z błękitem i granatem sprawiają, że taki spektakl jest niezapomniany. Wyjaśnia to to samo rozpraszanie światła. Faktem jest, że podczas zachodu i świtu promienie słoneczne muszą pokonać znacznie dłuższą drogę przez atmosferę niż w pełni dnia. W tym przypadku światło z niebiesko-zielonej części widma jest rozpraszane w różnych kierunkach, a chmury znajdujące się blisko horyzontu zabarwiają się na odcienie czerwieni.

Kiedy chmury zakrywają niebo, obraz zmienia się całkowicie. nie są w stanie pokonać gęstej warstwy, a większość z nich po prostu nie dociera do ziemi. Promienie, którym udało się przedostać przez chmury, spotykają się z kroplami deszczu i chmur, które ponownie zniekształcają światło. W wyniku tych wszystkich przemian do Ziemi dociera światło białe, jeśli chmury są małe, a światło szare, gdy niebo pokrywają imponujące chmury, które po raz drugi pochłaniają część promieni.

Inne niebo

Co ciekawe, na innych planetach Układu Słonecznego, patrząc z powierzchni, można zobaczyć niebo bardzo różniące się od ziemskiego. Na obiektach kosmicznych pozbawionych atmosfery promienie słoneczne swobodnie docierają do powierzchni. W rezultacie niebo tutaj jest czarne, bez cienia. To zdjęcie można zobaczyć na Księżycu, Merkurym i Plutonie.

Niebo marsjańskie ma czerwono-pomarańczowy odcień. Powodem tego jest pył wypełniający atmosferę planety. Jest pomalowany w różnych odcieniach czerwieni i pomarańczu. Kiedy Słońce wschodzi nad horyzontem, marsjańskie niebo przybiera barwę różowawo-czerwoną, podczas gdy obszar bezpośrednio otaczający dysk światła wydaje się niebieski lub nawet fioletowy.

Niebo nad Saturnem ma ten sam kolor co na Ziemi. Akwamarynowe niebo rozciąga się nad Uranem. Przyczyna leży w mgle metanowej znajdującej się na wyższych planetach.

Wenus jest ukryta przed oczami badaczy gęstą warstwą chmur. Nie pozwala promieniom niebiesko-zielonego widma dotrzeć do powierzchni planety, dlatego niebo tutaj jest żółto-pomarańczowe z szarym paskiem wzdłuż horyzontu.

Eksploracja przestrzeni nad głową w ciągu dnia odkrywa nie mniej cudów niż studiowanie rozgwieżdżonego nieba. Zrozumienie procesów zachodzących w chmurach i za nimi pozwala zrozumieć przyczynę rzeczy dość znanych przeciętnemu człowiekowi, które jednak nie każdy jest w stanie od razu wyjaśnić.

Wiadomo, że niebieskie niebo- To jest powód interakcji między warstwą ozonową a światłem słonecznym. Ale co dokładnie dzieje się z fizyką i dlaczego niebo jest niebieskie? Było kilka teorii na ten temat. Wszystkie ostatecznie potwierdzają, że głównym powodem jest atmosfera. Wyjaśniono jednak również mechanizm interakcji.

Główny fakt dotyczy światła słonecznego. Wiadomo, że światło słoneczne jest białe. Kolor biały jest sumą wszystkich widm. Można go rozłożyć na tęczę (lub widma) podczas przejścia przez ośrodek dyspersyjny.

Na tej podstawie naukowcy zaproponowali kilka teorii.

Pierwsza teoria przypisał niebieski kolor rozpraszaniu przez cząstki w atmosferze. Założono, że ośrodkiem dyspersyjnym jest duża ilość pyłów mechanicznych, cząstek pyłków roślin, pary wodnej i innych drobnych wtrąceń. W efekcie dociera do nas jedynie niebieskawe spektrum barw. Jak jednak wytłumaczyć, że kolor nieba nie zmienia się zimą czy na północy, gdzie takich cząstek jest mniej lub mają inną naturę? Teorię szybko odrzucono.

Następna teoria założono, że przez atmosferę złożoną z cząstek przechodzi biały strumień świetlny. Kiedy wiązka światła przechodzi przez ich pole, cząstki ulegają wzbudzeniu. Aktywowane cząstki zaczynają emitować dodatkowe promienie. To właśnie sprawia, że ​​kolor słońca staje się niebieskawy. Światło białe oprócz rozpraszania mechanicznego i jego rozproszenia aktywuje również cząsteczki atmosferyczne. Zjawisko przypomina luminescencję. Na razie to wyjaśnienie jest.

Najnowsza teoria najprostsza i wystarczająca do wyjaśnienia głównej przyczyny zjawiska. Jego znaczenie jest bardzo podobne do poprzednich teorii. Powietrze jest zdolne do rozpraszania światła w widmach. To jest główny powód niebieskiej poświaty. Światło o krótkiej długości fali jest rozpraszane intensywniej niż światło o krótkiej długości fali. Te. kolor fioletowy rozprasza więcej niż kolor czerwony. Fakt ten wyjaśnia zmianę koloru nieba o zachodzie słońca. Wystarczy zmienić kąt padania słońca. Tak się dzieje, gdy Ziemia się obraca, a kolor nieba o zachodzie słońca zmienia się na pomarańczowo-różowy. Im wyżej słońce znajduje się nad horyzontem, tym bardziej niebieskie światło będziemy widzieć. Powodem wszystkiego jest to samo rozproszenie, czyli zjawisko rozkładu światła na widma.

Oprócz tego musisz zrozumieć, że nie można wykluczyć wszystkich wymienionych powyżej czynników. W końcu każdy z nich wnosi jakiś wkład do ogólnego obrazu. Na przykład kilka lat temu w Moskwie w wyniku obfitego kwitnienia roślin na wiosnę utworzyła się gęsta chmura pyłku. Pomalował niebo na zielono. To dość rzadkie zjawisko, ale pokazuje, że odrzucona teoria o mikrocząsteczkach w powietrzu również ma swoje miejsce. To prawda, że ​​​​teoria ta nie jest wyczerpująca.