Чому небо блакитне
Розбираємо сонячне світло
Сонячне світло, що здається нам білим, неоднорідне. Він складається із суміші електромагнітних хвиль. Деякі мають частоту коливання, яку здатна сприймати сітківка людського ока. Про такі хвилі говорять, що вони належать до оптичного діапазону. Усі хвилі випромінювання мають різну довжину. Найменшу – фіолетовий колір (380 нанометрів), найбільшу – червоний (720 нанометрів). Якщо всі хвилі випромінювання, розкладені на спектр, знову зібрати воєдино - знову вийде біле світло. Але чому небо блакитне над нашими головами, а чи не біле?
Хвиля за хвилею
Повітря, яке ми дихаємо, також здається нам прозорим. Якби це справді було так, ніякого повітря не було б, і небо над нами було б постійно чорним, з яскравими немиготливими зірками. Таку картину бачили астронавти на Місяці, яка не має атмосфери. А на Землі, де небо блакитне, повітря складається з молекул, які мають цікаву здатність: під впливом електромагнітної хвилі певної довжини вони самі починають випромінювати такі ж хвилі. Ось тільки довжина у них дещо інша.
Яке блакитне небо!
Коли біле сонячне світло проходить через молекули повітря, воно ніби відфільтровується по спектру. Хвилі з меншою частотою коливання (червоний, помаранчевий, жовтий, зелений) молекули не збуджують. Це відбувається коли спектр випромінювання доходить до глибокого блакитного і синього відтінків. Відбувається фізичне явище розсіювання світла у повітрі, причому саме з частотою коливання, яка сприймається сітківкою ока як насичений блакитний колір. Тоді чому небо блакитне, а не фіолетове, адже частота коливання цієї хвилі ще вища? Справа в тому, що, по-перше, часткафіолетового кольору у спектрі мала, а по-друге, він розсіюється вже у верхніх шарах атмосфери. Його можна розглянути з кабіни космічного корабля під час суборбітального польоту або на виході на орбіту.
Від світанку до заходу
Дуже важливе питання, на яке обов'язково треба відповісти: "Чому небо блакитне вдень до цього було червоно-жовтим на сході і знову стане таким же на заході сонця?" Відповідь проста: на розсіювання сонячних променів в атмосфері впливає її товщина. Коли Сонце в зеніті, промені від нього до Землі проходять найкоротшим шляхом. Коли Сонце тільки показується з-за обрію рано вранці або хилиться до заходу сонця пізно ввечері, його промені йдуть до наземного спостерігача по дотичній. Шлях до сітківки ока стає набагато довшим, і на цьому шляху сонячне світло "відфільтровується" шаром атмосфери до червоного та жовтого тонів. У нього й фарбується звичне блакитне небо. Якщо схід або захід сонця спостерігається на морському або океанському узбережжі, він може бути переважно помаранчевим - через повітря, насичене частинками солі, що також беруть участь у розсіюванні.
А як на інших небесних тілах?
Але чомусь небо блакитне, тобто. таке ж, як і на Землі, не може бути, наприклад, на Марсі чи Титані? Зрозуміло, що колір піднебіння від складу атмосфери не залежить. І тут відповідь проста. Тонка марсіанська атмосфера завжди забруднена піднятою з поверхні пилом оксиду заліза, яка переважно і розсіює сонячне світло, залишаючи лише відтінки червоного і помаранчевого. А колір атмосфери найбільшого супутника Сатурна пояснюється наявністю у ній "смогу" з вуглеводнів. До того ж товста атмосфера більшу частину скупого світла Сонця просто не пропускає вниз, і наповерхні Титану панують оранжеві сутінки.