Почему небо бывает разного цвета. Почему небо меняет цвет

Почему небо голубое? Трудно найти ответ на такой простой вопрос. Многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предложил около 100 лет назад английский физик лорд Джон Рэлей .

Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?

Белый свет — это смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу.

Призма раскладывает белый луч на цветные полосы:

■ Красную

■ Оранжевую

■ Желтую

■ Зеленую

■ Голубую

■ Синюю

■ Фиолетовую

Соединяясь вместе, эти лучи вновь образуют белый свет. Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.

Так почему же небо голубое?

Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,- это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Некоторые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.

В 1869 году англичанин Джон Тиндалл предположил, что пыль и другие частицы рассеивают свет. Синий свет рассеивается в наименьшей степени и проходит слои таких частиц, достигая поверхности Земли. В своей лаборатории он создал модель смога и осветил ее ярким белым лучом. Смог окрасился в глубокий синий цвет. Тиндалл решил, что если бы воздух был абсолютно чист, то ничто бы не рассеивало свет, и мы могли бы любоваться ярким белым небом. Лорд Рэлей тоже поддерживал эту идею, но недолго. В 1899 году он опубликовал свое объяснение:

Именно воздух, а не пыль или дым, окрашивает небо в голубой цвет.

Основная теория о голубом цвете неба

Часть солнечных лучей проходит между молекулами газа, не сталкиваясь с ними, и без изменений достигает поверхности Земли. Другая, большая часть, поглощается газовыми молекулами. При поглощении фотонов молекулы возбуждаются, то есть заряжаются энергией, а затем испускают ее в виде опять-таки фотонов. Эти вторичные фотоны имеют разную длину волны и могут быть любого цвета - от красного до фиолетового. Разлетаются они во всех направлениях: и к Земле, и к Солнцу, и в стороны. Лорд Рэлей предположил, что цвет испускаемого луча зависит от преобладания в луче квантов того или иного цвета. При столкновении молекулы газа с фотонами солнечных лучей на один вторичный квант красного цвета приходится восемь квантов синего.

Каков результат? Интенсивный голубой свет буквально льется на нас со всех сторон из миллиардов молекул газов атмосферы. К этому свету примешаны фотоны других цветов, поэтому он не имеет чисто синего тона.

Почему тогда закат красный?

Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.

Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.

Научное объяснение

Выше мы дали ответ сравнительно простым языком. Ниже мы процитируем обоснование с использованием научных терминов и формул.

Отрывок из Wiki:

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Релея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ 4 , λ — длина волны, т. е. фиолетовый участок видимого спектра рассеивается в приблизительно 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и чувствительные к красным и зеленым лучам).

Во время заката и рассвета свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.

Вероятно, при другом составе атмосферы, например, на других планетах цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый.

Рассеяние и поглощение - главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ 4 . При бо́льших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно Уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.

Актуальность моей темы заключается в том, что она будет интересна и полезна для слушателей потому, что очень многие люди, смотрят на ясное голубое небо, любуются им, и немногие знают, почему же оно такое голубое, что придает ему такой цвет.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Введение. с. 3
Основная часть. с. 4 -6

Предположения моих одноклассников

Догадки древних ученых
Современная точка зрения
Разные цвета неба
Вывод.

Заключение. с. 7
Литература. с. 8

1. Введение.

Мне нравится, когда на улице ясная солнечная погода, небо без единого облака, и цвет неба - голубой. «Интересно, - подумал я, - почему небо голубое?»

Тема исследования: Почему небо голубое?

Цель исследования: выяснить, почему небо окрашено в голубой цвет?

Задачи исследования:

Узнать предположения древних ученых.

Выяснить современную научную точку зрения.

Понаблюдать за цветом неба.

Объект исследования - научно-популярная литература.

Предмет изучения - голубой цвет неба.

Гипотезы исследования:

Допустим, облака состоят из водяного пара, а вода голубого цвета;

Или у солнца есть лучи, которые окрашивают небо в такой цвет.

План исследования:

Посмотреть энциклопедии;
Найти информацию в интернете;
Вспомнить изученные темы по окружающему миру;
Спросить маму;
Узнать мнение одноклассников.

2. Основная часть.

Предположения моих одноклассников.

Мне стало интересно, что бы ответили мои одноклассники на вопрос: почему небо голубое? Может чье-то мнение совпадет с моим, а может будет совсем другим.

Было опрошено 24 ученика 3 Г класса нашей школы. Анализ ответов показал:

8 учеников предположили, что небо голубое из-за воды, которая испаряется с Земли;

4 ученика ответили, что голубой цвет успокаивает;

4 ученика думают, на цвет неба влияет атмосфера и солнце;

3 ученика считают, что космос темный, а атмосфера белая, в результате образуется голубой цвет.

2 ученика считают, что луч солнца преломляется в атмосфере и образуется голубой цвет.

2 ученика предложили такой вариант - голубой цвет неба - потому что оно холодное.

1 ученик - так устроено в природе.

Любопытно, что одна из моих гипотез, совпадает с самым распространенным мнением ребят - облака состоят из водяного пара, а вода голубого цвета.

Догадки древних ученых.

Когда я начал искать ответ на свой вопрос в литературе, узнал, что многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Придумывалось очень много гипотез и предположений.

Например, древний грек, на вопрос - почему небо голубое? - ответил бы сразу без запинки: «Небо голубое потому, что сделано из чистейшего горного хрусталя!» Небо — это несколько хрустальных сфер, с изумительной аккуратностью вставленных одна в другую. А в середине — Земля, с морями, городами, храмами, горными вершинами, лесными дорогами, харчевнями и крепостями.

Такова была теория древних греков, но почему же они так считали? Небо нельзя было потрогать, на него можно было только смотреть. Смотреть и размышлять. И строить различные догадки. В наше время такие догадки назывались бы «научной теорией», но в эпоху древних греков они так и назывались — догадками. И вот после долгих наблюдений и еще более долгих размышлений древние греки решили, что это простое и красивое объяснение такому странному явлению, как голубой цвет неба.

Я решил проверить, почему они так думали. Если положить кусок обычного стекла, мы увидим - он прозрачный. Но если сложить целую стопку таких стекол и попробовать посмотреть сквозь них, увидим голубоватый оттенок.

Такое простое объяснение цвета неба просуществовало полторы тысячи лет.

Леонардо да Винчи, предполагал, что небо окрашено в такой цвет, потому что «…светлота поверх темноты становится синей…».

Такого же мнения были и некоторые другие ученые, но всё-таки, позже стало ясно, что эта гипотеза в корне не верна, ведь если смешать черный цвет с белым цветом, то вряд ли получится голубой, ведь сочетание этих цветов дает только серый и его оттенки.

Немного позже в XVIII в., считалось, что цвет небу придают составные части воздуха. По этой теории считалось, что воздух содержит много примесей, так как чистый воздух был бы черным. После этой теории было ещё очень много предположений и догадок, но не одна так и не смогла оправдать себя.

Современная точка зрения.

Я обратился к мнению современных ученых. Современные ученые нашли ответ и доказали почему небо голубого цвета.

Небо это всего лишь воздух, тот обычный воздух, которым мы ежесекундно дышим, тот которые нельзя увидеть и потрогать, потому что он прозрачный и невесомый. Но дышим-то мы прозрачным воздухом, почему же он над головой приобретает такой голубой цвет?

Весь секрет оказался в нашей атмосфере.

Солнечные лучи должны пройти через огромный слой воздуха, прежде чем попасть на землю.

Луч солнца - белого цвета. А белый цвет - это смесь цветных лучей. Как в считалочке, по которой можно легко запомнить цвета радуги:

каждый (красный)
охотник (оранжевый)
желает (желтый)
знать (зеленый)
где (голубой)
сидит (синий)
фазан (фиолетовый)

Луч солнца, сталкиваясь с частицами воздуха, распадается на лучи семи цветов.

Красные и оранжевые лучи - самые длинные и проходят от солнца прямо к нам в глаза. А лучи голубого цвета - самые короткие, отскакивают от частиц воздуха по всем направлениям и меньше всех других достигают земли. Таким образом, небо оказывается пронизано голубыми лучами.

Разные цвета неба.

Небо не всегда бывает голубого цвета. Например, ночью, когда солнце не посылает лучи, мы видим небо не голубым, атмосфера кажется прозрачной. И сквозь прозрачный воздух, человек может видеть планеты, звезды. А днем голубой цвет снова прячет от наших глаз космические тела.

Цвет неба бывает красным - на закате, в пасмурную погоду белым или серым.

Выводы.

Итак, проведя своё исследование, я могу сделать следующие выводы:

весь секрет в цвете неба в нашей атмосфере - в воздушной оболочке планеты Земля.
Луч солнца, проходя через атмосферу, распадается на лучи семи цветов.
Красные и оранжевые лучи - самые длинные, а голубые - самые короткие .
Голубые лучи меньше других достигают Земли и небо оказывается благодаря этим лучам пронизано голубым цветом.
Небо не всегда окрашено в голубой цвет.

Главное, что теперь я знаю, почему небо окрашено в голубой цвет. Частично подтвердилась моя вторая гипотеза, у солнца есть лучи, которые окрашивают небо в такой цвет. Предположения двух моих одноклассников оказались наиболее близкими к правильному ответу.

ГИПОТЕЗА: План работы: Изучить, что собой представляет свет; Исследовать изменение цвета прозрачной среды от угла падения световых лучей; Дать научное объяснение наблюдаемому явлению Изменения цвета неба связано с углом попадания световых лучей в атмосферу Земли.

Теоретическая часть Все видели, как переливаются всеми цветами радуги, грани хрусталя, мелкие капли росы. Что же происходит? Ведь на прозрачные бесцветные тела падают лучи белого солнечного света. Эти явления людям известны давно. Долгое время считалось, что белый свет самый простой, а создаваемые цвета – это особые свойства некоторых тел.

1865 год. Джеймс Максвелл. Создал теорию электромагнитных волн. Свет- это ЭМВ год. Генрих Герц открыл способ создания и распространения ЭМВ.

Свет –это электромагнитные волны, представляющие совокупность волн, имеющих различную длину. Нашим зрением мы воспринимаем небольшой интервал длин ЭМВ как свет. Все вместе эти волны дают нам белый свет. А если выделить какую-то часть волн из этого интервала, то мы воспринимаем их как свет, имеющий какую-то окраску. Всего выделяют семь основных цветов.

Ход эксперимента: Наполняем контейнер (аквариум) водой; Добавляем в воду немного молока (это частицы пыли) Направляем свет от фонарика сверху на воду; Это цвет неба в полдень. Изменяем угол падения света на воду от 0 до 90. Наблюдаем за изменением цвета.

Вывод: Изменение цвета неба зависит от угла, под которым световые лучи попадают в атмосферу Земли. Цвет неба меняется в течение суток от голубого до красного. А когда свет не попадает в атмосферу, то в данном месте Земли наступает ночь. Ночью при благоприятной погоде к нам доходит свет от далёких звёзд и светит отражённым светом Луна.

Почему небо голубое. Почему Солнце желтое? Эти вопросы, такие естественные, возникали перед человеком с глубокой древности. Однако чтобы получить правильное объяснение этих явлений, потребовались усилия выдающихся ученых средних веков и более позднего времени, вплоть до конца XIX в.

Какие гипотезы существовали? Каких только гипотез не выдвигалось в разное время для объяснения цвета неба. 1 гипотеза Наблюдая, как дым на фоне темного камина приобретает сине ватый цвет, Леонардо да Винчи писал:...светлота поверх темноты становится синей, тем более прекрасной, чем превосходными будут светлое и темное". Примерно такой же точки зрения придерживался Гёте, который был не только всемирно известным поэтом, но и крупнейшим ученым естество испытателем своего времени. Однако такое объяснение цвета неба оказалось несостоятельным, поскольку, как стало очевидно позднее, смешение черного И белого может дать только серые тона, а не цветные. Синий цвет дыма из камина обусловливается совершенно другим процессом.

Какие гипотезы существовали? 2 гипотеза После открытия интерференции, в частности в тонких пленках, Ньютон пытался применить интерференцию к объяснению цвета неба. Для этого ему пришлось допустить, что капли воды имеют форму тонкостенных пузырей, наподобие мыльных. Но так как капельки воды, содержащиеся в атмосфере, в действительности представляют собой сферы, то и эта гипотеза вскоре лопнула", как мыльный пузырь.

Какие гипотезы существовали? 3 гипотеза Ученые XVIII в. Мариотт, Бугер, Эйлер думали, что голубой цвет неба объясняется собственным цветом составных частей воздуха. Такое объяс нение даже получило некоторое подтверждение позднее, уже в XIX в., когда установили, что жидкий кислород имеет голубой цвет, а жидкий озон синий. Ближе всех к правильному объяснению цвета неба подошел О. Б. Соссюр. Он считал, что если бы воздух был абсолютно чистым, то небо было бы черным, но воздух содержит примеси, которые отражают преимущественно голубой цвет (в частности водяной пар и капельки воды).

Итоги исследования: Первым, кто создал стройную, строгую математическую теорию молекулярного рассеяния света в атмосфере, был английский ученый Рэлей. Он считал, что рассеяние света происходит не на примесях, как это думали его предшественники, а на самих молекулах воздуха. Для объяснения цвета неба приведем только один из выводов теории Рэлея:

Итоги исследования: цвет смеси рассеянных лучей будет голубым Яркость, или интенсивность, рассеянного света изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны света, падающего на рассеивающую частицу. Таким образом, молекулярное рассеяние чрезвычайно чувствительно к малейшему изменению длины волны света. Например, длина волны фиолетовых лучей (0,4 мкм) примерно в два раза меньше длины волны красных (0,8 мкм). Поэтому фиолетовые лучи будут рассеиваться в 16 раз сильнее, чем красные, и при равной интенсивности падающих лучей их в рассеянном свете будет в 16 раз больше. Все остальные цветные лучи видимого спектра (синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые) войдут в состав рассеянного света в количествах, обратно пропорциональных четвертой степени длины волны каждого из них. Если теперь все цветные рассеянные лучи смешать в таком соотношении, то цвет смеси рассеянных лучей будет голубым

Лиетратура: С.В. Зверева.В мире солнечного света.Л.,Гидрометеоиздат,1988

Красоту неба не раз изображали художники, описывали писатели и поэты, даже люди, очень далекие от искусства, засматриваются в эту манящую бездну, восхищаются нею, не находя ни слов, ни достаточных эмоций для выражения тех чувств, которые бередят душу и разум. Высь притягивает человека в любом амплуа, она прекрасна своей кристальной голубой гладью, не менее привлекательны и ее бурлящие потоки бело-серых туч, сменяемых легкими вкраплениями перистых облаков или пышных кучевых «барашков». И сколь бы меланхолично ни выглядело пасмурное небо, обволакивающее своей глубиной, оглушающее и давящее всей массой, оно также вызывает бурю эмоций и переживаний, навевая мысли на особую волну.

Красоту видит смотрящий

Каждый человек по-своему воспринимает мир. Для одних он угрюмый и серый, другие, наоборот, видят лишь цветущую, зеленую, исполненную красок планету. Также неодинаково оцениваем мы небеса над нашими головами. Если брать во внимание человека с обычным цветовым восприятием, то он будет видеть небосвод таким, как принято его считать - голубым, серым, розоватым на закате, дымчато-сизым на рассвете.

На деле же эти краски - это лишь то, что способны передать нам наши глаза и мозг. Зрению людей проще всего воспринять пасмурное небо серым. В ясную погоду над головами у нас бескрайняя лазурь, на деле же атмосферный купол ближе фиолетовому оттенку, если смотреть на него со стороны Земли.

В данной публикации мы выясним, почему небо в пасмурный день серое и то, от чего зависит насыщенность этой окраски, также узнаем, как его расцветка меняется на протяжении суток и года и что влияет на эти процессы.

Бездонный океан в вышине

Над территорией Европейских стран небосвод в теплую пору года обычно поражает своим насыщенным Иногда о нем можно сказать, что оно синее-синее. Однако если уделить тому, что происходит над нашими головами, хотя бы один день и внимательно понаблюдать за природными процессами, то можно заметить градацию цвета, который очень сильно меняется с момента восхода солнца и до того момента, как оно полностью сядет.

Летом небо кажется таким чистым и визуально высоким из-за низкой влажности, отсутствия большого количества облаков, которые, накапливая воду, постепенно опускаются все ближе к земле. В ясную погоду наш взгляд смотрит даже не на сотни метров вперед, а на расстояние, равное 1-1,5 км. Поэтому и воспринимаем мы небо столь высоким и ярким - отсутствие помех на пути световых лучей в атмосфере способствует тому, чтобы они не преломлялись, а глаза воспринимали его цвет именно голубым.

Почему небо меняет цвет

Такая перемена описана наукой, правда, не столь живописно, как писателями, и называется диффузным излучением неба. Если говорить простым и доступным для читателя языком, то объяснить процессы цветообразования небес можно так. Свет, который излучает солнце, проходит сквозь воздушную прослойку вокруг Земли, она его рассеивает. Проще этот процесс происходит с волнами короткой длины. Во время максимального подъема небесного светила над нашей планетой, в точке, расположенной вне его направления, будет наблюдаться самый яркий и насыщенный голубой цвет.

Однако когда солнце садится или встает, его лучи проходят по касательной к поверхности Земли, свету, излучаемому ими, нужно проходить более долгий путь, а значит и рассеваются в воздухе они в гораздо большей мере, чем днем. В результате человек воспринимает утром и вечером небо в розовых и красных тонах. Сильнее всего это явление видно, когда над нами пасмурное небо. Облака и тучи тогда становятся очень яркими, зарево садящегося солнца окрашивает их в потрясающие

Грозовая сталь

Но что такое пасмурное небо? Почему оно становится таким? Это явление выступает одним из звеньев круговорота воды природе. Поднимаясь ввысь в виде пара, водяные частички попадают в атмосферный слой с более низкой температурой. Накапливаясь и охлаждаясь на большой высоте, они соединяются между собой, превращаясь в капли. В тот момент, когда эти частицы еще очень малы, и предстают нашему взору красивые белые кучевые облака. Однако чем большими становятся капли, тем больше в тучах серого.

Иногда, глядя на небо, по которому проплывают эти огромные «барашки», можно увидеть, что одна их часть окрашена в серый цвет, другие и вовсе приобретают стальной грозовой оттенок. Такая трансформация объясняется тем, что капли в облаках имеют разную величину и форму, поэтому и свет они преломляют по-разному. Когда небо пасмурное абсолютно, оно сплошь окрашено в мышино-серые тона, до нас доходит только белый свет.

Необъятные дымчатые просторы

Бывают такие дни, когда серое пасмурное небо не имеет ни единого просвета. Так происходит, когда концентрация облаков и туч очень высокая, они обволакивают все зрительное пространство в вышине. Иногда они воспринимаются как огромная давящая масса, готовая обрушиться на голову. Причем наиболее характерно такое явление продемонстрировано осенью и зимой, когда температура воздуха низкая, а вот влажность, наоборот высокая и находится на уровне 80-90 %.

В такие дни облака очень сильно приближены к земной поверхности, они располагаются всего в сотне-другой метров от нее. Описание пасмурного неба часто имеет меланхоличные и депрессивные нотки, и связано это, скорее всего, именно с теми ощущениями, которые возникают, когда чувствуешь себя один на один с этой мрачной громадиной, готовой низвергнуться на тебя дождем и холодом.

А все могло быть иначе…

То, какими тонами играет небосвод, зависит от интенсивности светового излучения и длины волн, достигающих планеты, поэтому зимой даже в ясные дни он сизо-голубой. Но чем ближе весна и выше расположение солнца, тем ярче его синева, особенно в дни, когда рассеивается дымка в верхних слоях атмосферы, искажающая попадание света.

Ученые выяснили, что на других планетах небо вовсе может не иметь привычных для нас голубых и серых цветов, на Марсе, к примеру, оно розовое даже в разгар светового дня.