Почему небо меняет цвет: от рассвета до заката

Небо над головой никогда не бывает одинаковым дважды. Оно меняет цвет от холодного индиго до расплавленного золота, подсвечивает облака изнутри и порой устраивает такие световые шоу, что люди останавливаются посреди улицы и просто смотрят вверх. За всей этой красотой стоит физика — понятная, логичная и от этого ещё более восхитительная.

Почему небо синее

Солнечный свет кажется белым, но на самом деле он состоит из всех цветов радуги — от красного до фиолетового. Каждый цвет соответствует волне определённой длины: красный и оранжевый — длинные волны с низкой частотой, синий и фиолетовый — короткие волны с высокой частотой.

Когда свет входит в атмосферу, он сталкивается с молекулами газов — прежде всего азота и кислорода. Короткие волны рассеиваются значительно сильнее длинных. Этот процесс называется рассеянием Рэлея, и именно он окрашивает дневное небо в синий цвет: синие волны разлетаются во все стороны и заполняют всё пространство над нами.

Любопытно, что фиолетовый свет рассеивается даже сильнее синего, но небо воспринимается именно как синее — потому что наши глаза менее чувствительны к фиолетовому, а солнечный спектр содержит больше синего.

Закат: почему небо краснеет

На закате и рассвете солнечный свет проходит через гораздо более толстый слой атмосферы — лучи идут под острым углом к поверхности Земли и преодолевают путь в несколько раз длиннее, чем в полдень. За это время почти весь синий и фиолетовый свет успевает рассеяться и «теряется» по дороге.

До наших глаз добирается то, что осталось: красный, оранжевый и жёлтый свет. Именно поэтому закатное небо пылает тёплыми оттенками, а само солнце у горизонта выглядит оранжевым или ярко-красным.

Подробнее о природе заката солнца — в отдельном материале.

Как чистота воздуха влияет на цвет неба

Не весь закат одинаков. Если в воздухе много пыли, смога или влаги, закатные цвета становятся размытыми и блёклыми — частицы поглощают свет и мешают ему рассеиваться правильно. Туман превращает яркий закат в бледно-розовую дымку.

Зато чистый воздух — особенно после дождя или в горах — даёт совершенно другую картину. Небо становится насыщенно синим днём и невероятно контрастным на закате: полоски оранжевого и малинового цвета выглядят почти неправдоподобно.

Именно поэтому самые эффектные закаты часто наблюдаются после грозы или в засушливый период, когда атмосфера содержит минимум водяного пара и максимум прозрачности.

Рассвет и закат: в чём разница

На первый взгляд рассвет и закат похожи — одинаковая геометрия, тот же механизм рассеяния. Но опытный наблюдатель заметит разницу.

Рассветное небо нередко выглядит более нежным и пастельным: ночью воздух успевает очиститься, и свет встречает меньше препятствий. Закатные тона, напротив, часто более насыщены и глубоки — атмосфера за день накапливает больше частиц.

Кроме того, после захода солнца небо над горизонтом иногда окрашивается в редкий пурпурный оттенок — явление, которое метеорологи называют «пояс Венеры». Это нежная розово-лиловая полоса, видимая с противоположной от солнца стороны горизонта: земная тень проецируется на атмосферу, и граница между тенью и освещённым небом даёт именно этот эффект.

Облака как зеркало света

Облака сами по себе не светятся — они лишь отражают и рассеивают солнечный свет. Именно поэтому их цвет так сильно меняется в зависимости от положения солнца.

Днём кучевые облака белоснежны сверху и серы снизу: верхние слои отражают прямой солнечный свет, нижние находятся в тени. На закате те же облака превращаются в пылающие розовые и золотые полотна — они ловят рассеянный свет нижней атмосферы и переотражают его обратно.

Низкие облака с насыщенными, искрящимися цветами — почти всегда признак чистой атмосферы. Если закатные облака выглядят ярко, значит, воздух прозрачный и дисперсия минимальна.

Читайте также об облаках необычной формы — природа умеет удивлять.

Редкие явления: когда небо делает невозможное

Помимо обычных закатов и рассветов, атмосфера порой преподносит зрелища, которые трудно объяснить без специальных знаний.

Зелёный луч — вспышка изумрудного цвета, видимая долю секунды в момент, когда солнце уходит за горизонт над морем. Возникает из-за аномального преломления света в слоях атмосферы разной плотности. Увидеть его можно только при идеально чистом воздухе и ровном горизонте.

Антелий, или «ложное солнце» — яркое светлое пятно на уровне солнца, но сбоку от него. Появляется, когда плоские ледяные кристаллы в перистых облаках горизонтально ориентированы и преломляют свет под определённым углом. Иногда таких пятен бывает два — по обе стороны от настоящего солнца.

Огни святого Эльма — коронный разряд, голубоватое свечение на острых предметах во время грозы. Исторически его наблюдали моряки на концах мачт; сегодня его можно увидеть на кончиках самолётных крыльев при полёте в грозовом фронте.

Серебристые облака — самые высокие облака на Земле, образующиеся в мезосфере на высоте около 80 километров. Наблюдаются только в сумерках в высоких широтах: пока нижние слои атмосферы уже в тени, эти облака ещё освещены солнцем и светятся призрачным голубовато-белым светом.

Интересный факт

На Марсе небо в дневное время выглядит бледно-розовым или желтоватым — именно потому, что марсианская атмосфера содержит мельчайшие частицы красноватой железистой пыли, которая рассеивает длинноволновый свет. Закаты там, наоборот, голубые: пыль поглощает длинные волны, и к горизонту добираются только короткие. Земные закаты и марсианские рассветы — зеркальное отражение одного физического принципа, работающего в разных условиях.