Оказывается очень не многие знают ответ на этот, казалось бы «всегда висящий в воздухе вопрос». Часто об этом спрашивают дети, но взрослые не готовы дать объяснение. Многие считают, что этот вопрос из серии тех, на которые мы вообще ответить не можем, типа «где конец вселенной». Есть люди, которые считают, что это цвет смеси азота и кислорода, когда этих газов много и они подсвечены Солнцем. Есть те, которые связывают цвет неба с преломлением света в слоях атмосферы. Те, которые были в школе отличниками, скажут, что, мол, воздух рассеивает синий цвет интенсивнее, чем все другие цвета спектра по закону Релея, часто не понимая суть этого рассеяния. Кстати, вопрос о цвете неба был решен физиками только в двадцатом веке. Поэтому нам не должно быть особенно стыдно.
И хотя этот вопрос напрямую с температурой не связан, давайте попробуем разобраться. Очень глубоко в физику копать не будем, но основные положения о свете и о воздухе напомним.
Солнечный свет - это смесь излучений всех цветов радуги, т.е. электромагнитных волн с частотами колебаний такими, которые могут воздействовать на сетчатку глаза человека. Фиолетовый цвет соответствует длине волны излучения 380 нм, красный - 720 нм. В сетчатке есть колбочки, отвечающие за восприятие цвета. Колбочки трех типов: синие (ответственные за диапазон высоких частот), зеленые (отвечают за средние частоты) и красные (для низких частот). Диапазоны чувствительности колбочек перекрываются, но максимум приходится на определенный цвет.
Молекулы воздуха в нормальном состоянии не имеют заряда, они нейтральны. Однако они состоят из заряженных частиц - электронов и ядер. Под влиянием электрического поля ядра сдвигаются в одном направлении, электроны - в другом, и получается диполь с собственным электромагнитным полем. Если диполь попадает в переменное электромагнитное поле, то он начинает осциллировать, т.е положительный и отрицательный заряды смещаются взад-вперед и диполь сам начинает излучать электромагнитную волну. В нашем случае электромагнитная волна солнечного света заставляет молекулы воздуха превращаться в излучающие электромагнитные волны диполи. Причем направления изучения диполей могут быть всевозможными. По закону сохранения энергии световая волна теряет интенсивность в первоначальном направлении. Это и есть основной механизм рассеяния света в воздухе. Вернее говорить даже не о рассеянии, а о свечении молекул воздуха под действием света. Мы смотрим через атмосферу и фактически видим свет от солнца и свет, испускаемый молекулами нашей атмосферы. Почему же он не белый, а синий?
Дело в том, что интенсивность излучения диполя пропорциональна четвертой степени частоты излучения. Наиболее интенсивно излучаются диполями волны с максимальной частотой и энергией, соответствующие синему свету. Меньше взаимодействуют с молекулами воздуха волны красного света. Т.е. при прохождении через атмосферу происходит как бы фильтрация белого цвета по спектру. Молекулы воздуха излучают в основном синий цвет, т.е свет, который возбуждает синие и зеленые колбочки сетчатки гораздо сильнее, чем красные колбочки.
Первым сделал шаг к правильному объяснению цвета неба Джон Тиндал в 1865 г. Он открыл, что при прохождении лучей света через среду, в которой во взвешенном состоянии находятся маленькие частички примесей, синий цвет рассеивается интенсивнее, чем красный. В результате мы видим окрашивание прошедшего света в голубой оттенок. Это можно наблюдать если смотреть сбоку на луч света, проходящий через воду, слегка затуманенную молоком. Если смотреть не сбоку, а по направлению луча, то свет приобретает красноватый оттенок, т.к. синяя составляющая рассеялась.
Несколько лет спустя британский ученый лорд Релей изучил этот эффект более детально. Он показал, что интенсивность рассеяния света на частицах очень малых размеров обратно пропорциональна четвертой степени длины волны излучения. Из этого следовало, что синий свет рассеивается в 10 раз интенсивнее красного.
Тиндал и Релей думали, что синева неба объясняется наличием в атмосфере мелких частиц пыли и водяного пара. Позже ученые осознали, что если бы это было действительно так, то мы наблюдали бы значительно больше вариаций цвета неба при изменении влажности, туманности и загрязненности воздуха, чем наблюдаем сейчас. Проблема была решена Эйнштейном, который в 1911 г. вывел формулу, описывающую рассеяние света молекулами. Формула подтверждала все предыдущие эксперименты. Было доказано, что не пыль и пар, а именно молекулы воздуха рассеивают свет, так как (как говорилось выше) электромагнитное поле света инициирует электрические дипольные моменты в молекулах.
Почему же небо не фиолетовое, а голубое? Ведь фиолетовые волны короче синих. Первая причина в том, что спектр солнечного излучения не равномерный. Фиолетового цвета там меньше. Кроме того, фиолетовые лучи рассеиваются еще в самых верхних слоях атмосферы. Вторая причина - чувствительность наших колбочек к фиолетовому цвету ниже, чем к синему. Третья причина в том, что синий цвет раздражает не только синие колбочки в сетчатке, но и чуть-чуть красные и зеленые. Поэтому цвет у неба не бледный, а насыщенный голубой, особенно когда воздух прозрачный.
Рассеянием света на молекулах воздуха объясняется и цвет заката. Пройдя от Солнца по касательной к Земле длинный путь, луч теряет все синие оттенки. До глаза доходят только желтые и красные тона. Около моря закат может быть даже оранжевым, благодаря частичкам соли в воздухе, которые ответственны за рассеяние Тиндала.
Заметьте, что от состава атмосферы, т.е. наличия азота и кислорода, цвет неба практически не зависит. Если у планеты прозрачная атмосфера достаточной толщины и плотности, освещенная светилом, спектр которого белый, как у Солнца, то небо там будет синим.
Как же тогда объяснить, что снимки с космических аппаратов, совершивших посадку на Марс, говорят о том, что небо там розовое и красное? Это потому, что атмосфера Марса очень тонкая и загрязненная пылью. Рассеяние солнечного света происходит не на молекулах, а преимущественно на взвешенных примесях пыли. Многие частички пыли больше, чем длины волн света и состоят из оксида железа, который имеет красный цвет.
Теперь Вы знаете, что ответить на вопрос «почему небо голубое» не очень просто. Мы-то понимаем, а что сказать детям? Наверное, что наша прекрасная атмосфера состоит из воздуха, который светится синим светом когда Солнышко его греет. Потому что синий цвет - самый сильный из всех цветов радуги.
Существует миллионы вопросов, на которые будучи в детьми, мы не получаем ответа, а повзрослев просто стесняемся спросить. Одним из таких вопросов без ответа: «почему небо голубое». И все бы ничего, и без этих знаний можно прожить, но когда ребенок начинает задавать такие каверзные вопросы своим родителям — им часто становится стыдно, и они начинают менять тему. Далее ребенок вырастает не зная ответа, у него появляются свои дети и все снова повторяется. Давайте же разорвем этот «порочный круг» и разберемся в причинах почему небо синее. Рассмотрим вопрос со всех возможных точек зрения.
Давайте сразу разберемся, небо голубое потому что атмосфера земли рассеивает свет солнца. Все исследования, проводимые последние 200-300 лет, сводятся именно к этому. Рассмотрим несколько аксиом, которые влияют на явление голубого неба:
От этих трех фактов и будем отталкиваться далее.
Еще в 19-ом веке ученый по имени Джон Тиндалл провел исследования, которые доказали, что мы видим небо синим из-за частиц в атмосфере. У себя в лаборатории он искусственно создал туман с частицами пыли и направил на него яркий белый луч — цвет тумана поменялся на голубоватый. Спустя 30 лет, в 1899 году ученый-физик Рэлей опроверг исследования своего предшественника и опубликовал доказательства того, что небо голубое именно благодаря молекулам воздуха
, а не пыли в нем. Называется данное явление «диффузным излучением неба
» подробно об этом можно прочесть в «Википедии» .
Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. (Источник: Википедия)
Что такое свет? Свет — это поток фотонов, некоторые мы можем уловить глазом, а некоторые нет. Так, например, стандартный спектр цветов мы видим, а ультрафиолетовый, который также излучает солнце — нет. Какой цвет в итоге мы увидим зависит от «длины волны» этого потока. От этой длины волны и зависит какой цвет получится.
Так вот. Мы определили, что солнце посылает нам кванты с длиной волны, которая соответствует белому цвету, но как он проходя через атмосферу превращается в голубой цвет? Рассмотрим на примере радуги. Радуга — является прямым примером преломления света и разделения его на спектр. Создать свою радугу можно с помощью стеклянной призмы в домашних условиях. Разложение цвета на спектр называется дисперсией .
Так вот, наше небо выполняет функцию призмы. Большая часть белого света, проходя через молекулы газа в атмосфере, меняют длину своей волны. В итоге «выходя» из молекул фотоны имеют уже другой цвет. Этот цвет может быть как фиолетовый, красный, так и голубой и синий.
Какой цвет мы в итоге увидим при прохождении света от солнца к земле зависит от того какие фотоны преобладают. Так например, при проходе света через атмосферу, количество квантов синего цвета в 8 раз больше чем красного, а фиолетового в 16 раз! Это связано с той самой различной длинной волны, так фиолетовый и синий сильно рассеиваются, а красный и желтый рассеиваются значительно хуже. Исходя из этой теории небо должно быть фиолетового цвета, но это не так. Это происходит из-за того, что фиолетовый гораздо хуже воспринимается глазом человека в отличии от синего. Вот поэтому небо голубого цвета .
Видео о том почему небо голубое:
Все, опять-таки, связано с дисперсией цвета. Угол падения солнечного белого света становится меньше, и свет проходит большее количество молекул воздуха, увеличивается длина волны света. Такого количества достаточно для рассеивания до красного цвета.
Если вопрос про голубое небо вам задал ребенок, вы конечно же не будете рассказывать ему про дисперсию, спектры и фотоны. Достаточно привести цитату из детской книги «100 детских «Почему» Яценко Татьяны:
Обычно мы рисуем солнечные лучи жёлтыми. А на самом деле свет солнца - белый и состоит из семи цветов. Это цвета радуги: красный , оранжевый , жёлтый , зелёный , голубой , синий , фиолетовый . Воздух пропускает не все цвета, только голубой, синий и фиолетовый. Они и раскрашивают небо.
Этого будет достаточно. У нас на сайте вы также можете скачать презентацию на тему: «Почему небо голубое» по ссылке: Она может пригодится на занятиях в школе.
> > Почему небо синее
Для детей будет интересно узнать, почему небо синее с фото: атмосфера Земли, влияние состава, движение света по волне, отражение, поглощение и рассеивание.
Расскажем о том, почему небо синее на доступном для детей языке. Данная информация будет полезна детям и их родителям.
Когда дети смотрят на небо, то видят бесконечную синеву. Многие даже проводят весь день на траве, наблюдая за облаками и цветом неба. Пришло время объяснить детям , почему же небо все-таки синее.
Чтобы дать полное объяснение для детей , родители должны рассмотреть причины, которые могут привести к такому явлению. Но это может быть сложно. В школе вы слышали о существовании атмосферы. Это смесь молекул (различные газы), окружающие планету. В зависимости от расположения вашей страны и города, в атмосфере может быть больше воды (возле океана) или пыли (если рядом есть вулкан или пустыня).
Дальше для самых маленьких
необходимо объяснить
понятие световых волн. Свет – это энергия, передающаяся в волнах. Каждый тип определяет свою волну, колеблющуюся в магнитных и энергетических полях. Свет делится на очень много типов, которые могут иметь более длинную (или короткую) длину. Дети
должны запомнить, что свет входит в большую группу – «электромагнитные поля». Видимый (который мы наблюдаем своими глазами) – его часть. Он состоит из целого потока цветов, а именно всего спектра радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.
Свет движется по прямой линии, которую называют «скоростью света». Он путешествует, пока не наталкивается на препятствие в виде пылинки или капли воды. Дальше все зависит от размера длины волны и объекта. Пыль и вода больше длины волны, поэтому свет отскакивает – «отражение». Он распространяется в различных направлениях, но остается белым, потому что продолжает содержать в себе весь радужный спектр. А вот молекулы газа меньше. Поэтому нужно объяснить детям , что это столкновение приводит к иным результатам.
В этом случае, свет не отражается, а поглощается молекулой. Тогда она наполняется и начинает излучать часть цвета. Хотя теперь она все также содержит весь спектр, но выделяет конкретный. Высокочастотный (синий) поглощается быстрее, чем низкочастотный (красный). Этот научный процесс обнаружил и описал в 1870-х годах английский физик лорд Джон Рэлеем. Именно поэтому явление назвали «рэлеевским рассеиванием».
Это и есть та причина, почему мы любуемся синим небом. Когда свет проходит по воздуху, не задействуется красная или желтая часть. А вот синий поглощается и отражается. Особенно четко это заметно, если смотреть на горизонт на расстоянии. Синий цвет тогда кажется светлее. Теперь вы знаете, какой цвет неба и как он появляется.
В ясный солнечный день небосвод над нами имеет ярко-синий цвет. Вечером, на закате, небо обретает приятный для глаза глубокий красный цвет с многочисленными оттенками. Так почему же небо днем голубое? Что делает закат красным? Каким образом прозрачный воздух переливается синими и красными оттенками в разное время суток?
Я представлю 2 ответа здесь: первый - более упрощенный для широкого читателя, второй - более научный и точный. Выберите уж сами, какой вам по душе.
Свет от Солнца или лампы выглядит белым, но на самом деле белый цвет-это смесь всех 7 существующих цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового (рис. 1). Небо (атмосфера) наполнено воздухом. Воздух представляет собой смесь з крошечных молекул газа и небольших кусочков твердого материала, такого как, например, пыль. Так как солнечный свет проходит сквозь воздух, он сталкивается с частицами воздуха. Когда луч света попадает на молекулы газа, он может "отскочить" в другом направлении (рассеиваться).
Некоторые составные цвета белого света,такие как красный и оранжевый, проходят от Солнца к нам в глаза прямо, без рассеивания. Но большинство лучей голубого цвета "отскакивает" от частиц воздуха по всем направлениям. Таким образом, все небо оказывается буквально пронизанным голубыми лучами. Когда вы смотрите вверх, часть этого голубого света достигает глаза и вы видитеотовсюду над головой голубой свет! Вот,собственно, почему небо голубое!
Естественно, все упрощено по максимуму, но ниже представлен параграф, где более фундаментально описано свойство нашего с вами любимого неба над головой и причины, которые объясняют, почему все-таки цвет неба именно голубой, а не зеленый!
Давайте рассмотрим более детально природу света и цвета. Цвет, как все знают, - это свойство света, которое могут воспринимать и определять наши глаза и мозг. Свет от солнца - это большое количество белых лучей, которые состоят из всех 7 цветов радуги. Свет обладает свойством дисперсии (рис. 1). Всё освещается Солнцем, но некоторые предметы отражают лучи только одного цвета, например, синего, а другие предметы - только лучи желтого и тд. Таким образом человек определяет цвета. Итак, Солнце светит на Землю своими белыми лучами, но её окутывает атмосфера (толстый слой воздуха), и когда этот белый (состоящий из всех цветов) луч проходит через атмосферу, именно воздух рассеивает (распространяет) все 7 цветных лучей белого солнечного луча, но с большей силой именно его сине-голубые лучи (проще говоря, атмосфера буквально начинает светиться голубым цветом). Другие цвета напрямик попадают от Солнца к нам в глаза (рис 2).
Почему именно голубой цвет поддается наибольшему рассеиванию в атмосфере? Это природное явление, и описывается оно физическим законом Рэлея. Если объяснять проще, то существует формула, которую вывел Рэлей в 1871 году, и которая определяет, как зависит рассеивание света (луча) от цвета этого луча (то есть от такого свойства луча, как его длина волны). И так уж получилось, что наименьшую длину волны и соответственно наибольшее рассеивание имеет именно небесно-голубой цвет.
Почему во время восхода и Заката небо красное? На закате или восходе Солнце находится низко над горизонтом, из-за чего солнечные лучи наклонно падают
ют на Землю. Длина луча, естественно, многократно увеличивается (рис. 3), и поэтому на таком огромном расстоянии почти вся коротковолновая (сине-голубая) часть спектра рассеивается в атмосфере и не доходит до поверхности Земли. Доходит до нас только длинные волны, жёлто-красные. Как раз такой цвет и приобретает небо во время восхода заката. Вот почему небо кроме голубого и синего бывает и желтым и красным!
А сейчас для полного понимания всего вышесказанного несколько слов о том, что из себя представляет атмосфера.
Атмосфера представляет собой смесь молекул газа и других материалов, окружающих Землю. В основном атмосфера состоит из газов азота (78%) и кислорода (21%). Газы и вода (в виде паров, капель и ледяных кристаллов) являются наиболее распространенными составными частями атмосферы. Есть также небольшое количество других газов, а также множество мелких твердых частиц, таких как пыль, сажа, пепел, соль из океанов и тд. Состав атмосферы меняется в зависимости от географического положения, от погоды и многого другого. Где-то может быть больше воды в воздухе после ливня или рядом с океаном, где-то вулканы извергают большое количество частиц пыли высоко в атмосферу.
Атмосфера более плотная в своей нижней части, рядом с Землей. Она с высотой постепенно утончается. Не существует резкого разрыва между атмосферой и пространством. Вот почему мы видим переливы голубого и синего на небе, именно потому, что атмосфера на небе везде разная, имеет различную структуру и свойства.
«Пап, мам, а почему небо голубое?» – сколько раз родители и более старшее поколение тушевались, услышав подобный вопрос от маленького ребёнка.
Кажется, люди с высшим образованием знают практически всё, однако такой интерес детей часто ставит в тупик. Возможно, физик с лёгкостью найдёт объяснение, удовлетворяющее малыша.
Однако «среднестатистические» родители не знают, что ответить ребёнку. Нужно разобраться, какое пояснение подойдёт детям, а какое – взрослому человеку.
Чтобы понять голубизну неба, необходимо вспомнить школьный курс физики. Цвета отличаются способностью к рассеянию (из-за длины волны) в газовой оболочке, окружающей Землю. Так, красный цвет обладает низкой способностью, поэтому его и применяют, например, в качестве наружного бортового освещения самолётов.
Таким образом, те цвета, которые обладают повышенной способностью к рассеянию в воздухе, активно применяют для маскировки каких-либо объектов от воздушных и наземных противников. Обычно это синие и фиолетовые части спектра.
Рассмотрим рассеяние на примере заката. Поскольку красный цвет отличается невысокой рассеивающей способностью, уход солнца сопровождается багрянцем, алыми всполохами и прочими оттенками красного. С чем это связано? Рассмотрим по порядку.
Рассуждаем дальше. Голубое и синее «отделение» спектра находится между зелёными и фиолетовыми цветами. Все эти оттенки отличаются высокой рассеивающей способностью. А максимальное рассеяние определённого оттенка в конкретной среде и окрашивает её в этот цвет.
Теперь нужно объяснить следующий факт: если фиолетовый оттенок лучше рассеивается в воздухе, почему небо голубое, а, к примеру, не фиолетовое. Объясняется этот феномен тем, что органы зрения человека при равной яркости «предпочитают» именно голубые оттенки, а не фиалковый либо зелёный.
Как же ответить ребёнку, который увлечённо глядит на родителя и ожидает понятного и вполне чёткого ответа. Уход родителя от вопроса может обидеть малыша или разуверить его во «всемогуществе» мамы или папы. Каковы могут быть варианты объяснений?
Ребёнку в 2-3 годика крайне непросто рассказать про спектры, длину волн и прочие физические премудрости. Но отмахиваться не нужно, лучше дать максимальное простое объяснение, удовлетворив естественное любопытство, присущее крохотному ребенку.
На нашей Земле множество водоёмов: есть и реки, и озёра, и моря (показываем ребёнку карту). Когда на улице солнечно, водичка отражается, как в зеркальце, на небесах. Вот почему небо такое же голубое, как и водичка в озере. Можно показать ребенку в зеркале какой-либо голубой предмет.
Для детей раннего возраста подобное объяснение можно считать достаточным.
Ребенку постарше можно дать более реалистичное объяснение. Расскажите ему, что солнечный луч включает семь оттенков: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. В этот момент покажите рисунок радуги.
Все лучи проникают к Земле сквозь плотный воздушный слой, как будто через волшебное решето. Каждый лучик начинает разбрызгиваться на составляющие части, но голубой цвет сохраняется, поскольку является наиболее стойким.
Воздух вблизи нас кажется прозрачным, словно тонкий целлофановый пакет, однако его настоящий цвет – голубой. Особенно это заметно, если посмотреть на небеса. Предложите ребенку задрать голову и объясните, что поскольку воздушный слой очень плотный, то и принимает голубоватый оттенок.
Для большего эффекта возьмите целлофановый пакет и сложите его несколько раз, предложив ребёнку посмотреть, как он поменял окраску и степень прозрачности.
Для детей дошкольного возраста подойдёт следующее объяснение: воздушные массы – это «смесь» разнообразных подвижных частиц (газ, пыль, сор, водяные пары). Они настолько малы, что разглядеть их могут люди со специальным оборудованием – микроскопами.
Солнечные же лучики включают в себя семь оттенков. Проходя через воздушные массы, луч сталкивается с маленькими частичками, в результате чего все цвета распадаются. Поскольку голубой оттенок – самый стойкий, его-то мы и различаем в небе.
Солнце нас греет своими лучиками, причём нам они кажутся жёлтыми, как в детских рисунках. Однако каждый луч на самом деле напоминает яркую радугу. А вот окружающий нас воздух включает множество незаметных глазу частиц.
Когда небесное светило отправляет на Землю лучи, не все из них попадают к месту назначения. Часть лучей (которая синяя) очень короткая и не успевает попасть на Землю, поэтому растворяется в воздухе и становится светлее. Небеса – тот же воздух, только находящийся очень высоко.
Вот почему когда ребёнок поднимает голову, то видит наверху растворённые в воздухе солнечные лучики. Именно поэтому небо и становится голубым.
Для детей очень важно получать быстрое объяснение, однако не всегда удаётся вспомнить либо придумать простой и доступный для понимания ответ. Уход от разговора – конечно, не самый лучший вариант развития событий, однако лучше всё же подготовиться.
Попробуйте объяснить ребёнку, что расскажете, однако сделаете это чуть позже. Обязательно следует указать точное время, иначе малыш подумает, что вы обманываете его. Можно сделать следующее:
Почему небо голубое? Подобные вопросы беспокоят многих малышей-почемучек, которые знакомятся с окружающим миром. Хорошо, если сам родитель знает, откуда берётся синева над головой. В этом помогут и наши варианты ответов.
Перед тем как рассказать свою версию, предложите ребёнку поразмышлять и выдвинуть собственную идею.
Таким нехитрым способом можно воспитать любознательного кроху, который всегда стремится найти объяснение каждому волнующему его факту.
