Почему небо голубого цвета

Посмотрите на небо в ясный полдень — оно ярко-голубое. А теперь вспомните закат: то же самое небо пылает оранжевым и красным. Цвет не меняется случайно — за ним стоит физика света и устройство земной атмосферы. Разбираемся, почему так происходит.

Из чего состоит солнечный свет

То, что мы называем белым солнечным светом, на самом деле является смесью всех цветов видимого спектра. Это легко увидеть, пропустив луч через стеклянную призму: она разложит его на красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый — те самые цвета, что появляются в радуге после дождя.

Каждый цвет соответствует определённой длине волны. Красный конец спектра имеет самые длинные волны, фиолетовый — самые короткие. Именно длина волны определяет, как свет ведёт себя, проходя через различные среды.

Когда вы смотрите на окрашенный предмет — жёлтый подсолнух или красный автомобиль — вы видите не собственный цвет объекта, а тот цвет, который он отражает. Подсолнух поглощает все волны, кроме жёлтых, и именно их отправляет вашему глазу. Красный автомобиль делает то же самое, но отражает красный диапазон.

Тот же принцип избирательного отражения света объясняет, почему трава зелёная, листья деревьев — зелёные, а не любого другого цвета. Об этом подробнее — в материале почему трава зелёного цвета.

Почему небо именно голубое, а не фиолетовое

Атмосфера Земли заполнена молекулами газов — в основном азота и кислорода. Когда солнечный свет проходит через этот слой, волны разной длины ведут себя неодинаково. Длинные волны — красные, оранжевые, жёлтые — практически не задерживаются и проходят сквозь атмосферу почти беспрепятственно.

Короткие волны — синие и фиолетовые — активно поглощаются молекулами газа и рассеиваются во все стороны. Этот эффект называется рэлеевским рассеянием, по имени британского физика лорда Рэлея, который описал его в конце XIX века. Именно рассеянный свет коротких волн и создаёт тот самый голубой купол над головой.

Но раз фиолетовые волны ещё короче, чем синие, — почему небо не фиолетовое? Здесь работают сразу два фактора. Во-первых, солнечный свет изначально содержит значительно меньше фиолетового, чем синего. Во-вторых, человеческий глаз гораздо чувствительнее к синему диапазону, чем к фиолетовому. В итоге мозг интерпретирует рассеянный свет именно как голубой.

Почему закат окрашивается в красный и оранжевый

На рассвете и закате Солнце находится низко над горизонтом. Это означает, что его свет вынужден преодолевать значительно более длинный путь через атмосферу, прежде чем достигнет ваших глаз. За это время короткие синие волны рассеиваются настолько сильно, что до наблюдателя почти не доходят.

Зато длинные волны — красные и оранжевые — проходят этот путь без существенных потерь. Именно они и окрашивают небо в тёплые тона на горизонте. Чем больше в воздухе пыли, дыма или влаги, тем ярче и насыщеннее получается закат: частицы дополнительно рассеивают свет, делая картину богаче.

Почему небо на других планетах другого цвета

Голубое небо — не универсальное явление. Цвет неба целиком зависит от состава атмосферы конкретной планеты. На Марсе атмосфера разрежена и наполнена мельчайшими частицами железистой пыли. Они рассеивают более длинные волны, из-за чего марсианское небо приобретает розовато-бежевый оттенок. Любопытно, что закаты на Марсе — голубоватые: именно тогда синий свет успевает пробиться сквозь толщу пыли.

На Венере плотная облачная атмосфера из серной кислоты делает небо жёлто-серым. На Титане, спутнике Сатурна, туманная дымка окрашивает небосвод в насыщенный оранжевый цвет. Земля с её прозрачной азотно-кислородной атмосферой — редкое исключение, дарящее нам привычный голубой цвет.

Рэлеевское рассеяние — причина не только голубого неба, но и синевы глубоких теней на снегу. Белый снег отражает весь спектр, но в тени, куда прямой свет не попадает, до поверхности доходит только рассеянный небесный свет — голубоватый по природе. Именно это заметили импрессионисты в XIX веке и начали изображать тени на снегу синими и голубыми, за что сначала подвергались критике: публика считала такие тени неправдоподобными. Сегодня мы знаем, что художники были совершенно правы.