Достатньо підняти голову в ясний день, щоб побачити над собою величезне блакитне небо. Ми настільки звикли до нього, що рідко замислюємося: а чому воно саме блакитне? Адже повітря навколо нас прозоре.
Відповідь ховається в сонячному світлі та атмосфері Землі. І хоча за цим явищем стоїть справжня фізика, пояснити його дитині можна без складних формул.
З чого почати: сонячне світло не просто біле
Коли ми дивимося на Сонце, його світло здається білим. Насправді в ньому змішано багато кольорів.
Найлегше переконатися в цьому після дощу, коли на небі з’являється веселка. Крапельки води допомагають розділити сонячне світло на різні кольори: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий.
Отже, блакитний колір уже є в сонячному світлі. Залишається зрозуміти, чому саме його ми так добре бачимо на небі.
Що відбувається зі світлом у повітрі
Навколо Землі є атмосфера — величезний шар газів.
Ми не бачимо окремих молекул повітря, тому що вони надзвичайно маленькі. Але сонячне світло зустрічається з ними постійно.
Коли промені Сонця проходять крізь атмосферу, частина світла продовжує рухатися майже прямо, а частина розсіюється в різні боки.
Різні кольори роблять це неоднаково.
Коротші хвилі видимого світла, зокрема сині та фіолетові, розсіюються в атмосфері значно сильніше за довші червоні. Саме це явище називають релеївським розсіюванням.
Як пояснити це дитині ще простіше
Можна уявити, що сонячний промінь — це команда різнокольорових мандрівників.
Вони разом прилітають від Сонця до Землі.
Червоне, помаранчеве та жовте світло частіше продовжує свій шлях уперед. А синє світло значно активніше «розлітається» в різні боки, зустрічаючись із молекулами повітря.
Тому, куди б ми не подивилися на ясне небо, до наших очей з різних напрямків потрапляє багато розсіяного синього світла.
Через це нам і здається, що все небо пофарбоване в блакитний колір.
Насправді ніякої блакитної стелі над Землею немає.
Чому тоді небо не фіолетове?
Це дуже хороше наступне запитання.
Фіолетове світло має ще коротшу довжину хвилі й розсіюється дуже сильно. Здавалося б, небо тоді повинно бути фіолетовим.
Але сонячне світло містить різну кількість світла різних довжин хвиль, частина фіолетового випромінювання поглинається у верхніх шарах атмосфери, а наші очі значно чутливіші до синьої частини спектра, ніж до фіолетової.
У результаті суміш світла, яку ми бачимо, сприймається переважно як блакитна або синя.
Чому на заході Сонце червоне
Коли Сонце стоїть низько над горизонтом, його променям доводиться пройти крізь значно більшу товщу атмосфери, перш ніж потрапити до наших очей.
За цей довгий шлях значна частина синього світла встигає розсіятися в інших напрямках.
До спостерігача доходить відносно більше довгохвильового світла — червоного та помаранчевого.
Тому захід Сонця може бути жовтим, помаранчевим, рожевим або насичено-червоним. Цей самий механізм пояснює і кольори світанку.
Чому хмари білі, якщо небо блакитне
Хмари складаються з величезної кількості маленьких крапель води та кристаликів льоду.
Вони набагато більші за молекули газів атмосфери й розсіюють видимі кольори світла більш рівномірно.
Коли багато кольорів доходять до наших очей одночасно, ми бачимо білий колір.
Саме тому звичайна освітлена Сонцем хмара здається білою.
Але товста дощова хмара може виглядати сірою. Світлу складніше пройти крізь велику товщу такої хмари, тому її нижня частина отримує менше світла.
Чому в космосі небо чорне
На фотографіях із космосу можна побачити дивну на перший погляд картину: Сонце світить дуже яскраво, а навколо — чорне небо.
У відкритому космосі немає щільної атмосфери, подібної до земної, яка розсіювала б сонячне світло в усі боки.
Якщо світло не летить безпосередньо від Сонця, зорі чи іншого об’єкта до очей спостерігача, простір навколо виглядає темним.
Отже, наше блакитне небо — фактично результат взаємодії сонячного світла з атмосферою Землі.
Чи завжди небо однаково блакитне
Ні. Його колір може змінюватися навіть протягом одного дня.
На вигляд неба впливають:
- положення Сонця;
- кількість водяної пари;
- пил та інші частинки в повітрі;
- хмари;
- стан атмосфери.
Тому одного дня небо може бути насичено-синім, а іншого — світло-блакитним, білястим або сірим.
Простий дослід зі світлом удома
Побачити розсіювання світла приблизно можна й удома.
Знадобляться:
- прозора склянка або банка з водою;
- кілька крапель молока;
- ліхтарик;
- затемнена кімната.
Додайте у воду зовсім трохи молока та перемішайте. Посвітіть ліхтариком крізь склянку збоку.
Дрібні частинки в рідині розсіюватимуть світло, тому промінь стане помітнішим. Якщо дивитися на світло під різними кутами, можна побачити, що його відтінок змінюється.
Це не точна модель земної атмосфери, але дослід добре показує головну ідею: світло може змінювати свій вигляд, коли проходить через середовище з дуже маленькими частинками.
Що запам’ятати дитині
Якщо всі подробиці поки складні, достатньо трьох фактів:
- біле сонячне світло складається з різних кольорів;
- атмосфера Землі розсіює ці кольори неоднаково;
- синє світло сильно розсіюється в різні боки, тому вдень ми бачимо небо блакитним.
А ввечері шлях сонячного світла через атмосферу стає довшим, тому біля горизонту починають переважати теплі червоні та помаранчеві відтінки.
Так звичайне дитяче «чому?» приводить до знайомства одразу із Сонцем, атмосферою, кольорами та властивостями світла.
