Почему небо голубое с точки зрения химии. Старт в науке. Введение: почему небо голубое

В ясный солнечный день небо над нами выглядит ярко-синим. Вечером закат окрашивает небосвод в красные, розовые и оранжевые цвета. Так почему же небо голубое и что делает закат красным?

Какого цвета солнце?

Конечно солнце желтое! Ответят все жители земли и с ними будут не соглашаться жители Луны.

С Земли Солнце кажется жёлтым. Но в космосе или на Луне, Солнце казалось бы нам белым. В космосе нет атмосферы, которая рассеивает солнечный свет.

На Земле часть коротких волн солнечного света (голубой и фиолетовый цвета) поглощаются рассеянием. Оставшаяся часть спектра выглядят жёлтым цветом.

И еще в космосе небо выглядит тёмным или чёрным вместо голубого. Это результат отсутствия атмосферы, следовательно свет никак не рассеивается.

Но если спросить о цвете солнца вечером. Иногда ответ будет солнце КРАСНОЕ. Но почему?

Почему солнце на закате красное?

Когда Солнце движется к закату, то солнечному свету приходится проходить большее расстояние в атмосфере, что бы достичь наблюдателя. Меньше прямого света доходит до наших глаз и Солнце кажется менее ярким.

Так как солнечному свету приходится проходить большие расстояния, то происходит большее рассеивание. Красная часть спектра солнечных лучей лучше проходит сквозь воздух, чем синяя. И мы видим красное солнце. Чем ниже Солнце опускается к горизонту, чем больше воздушная «лупа», через которую мы его видим, и тем оно краснее.

По этой же причине Солнце кажется нам значительно большим в диаметре, чем днём: воздушный слой играет роль увеличительного стекла для земного наблюдателя.

Небо вокруг заходящего солнца может быть окрашено в разные цвета. Наиболее красивым небо бывает тогда, когда воздух содержит множество маленьких частиц пыли или воды. Эти частицы отражают свет во всех направлениях. В этом случае происходит рассеяние более коротких световых волн. Наблюдатель видит световые лучи более длинных волн, и поэтому небо кажется красным, розовым или оранжевым.

Видимый свет является разновидностью энергии, способной перемещаться через пространство. Свет от Солнца или лампы накаливания кажется белым, хотя в действительности он является смесью всех цветов. Основные цвета, из которых сложен белый цвет это красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета непрерывно переходят один в другой, поэтому кроме основных цветов имеется ещё огромное количество всевозможных оттенков. Все эти цвета и оттенки можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей в области повышенной влажности.

Воздух, заполняющий всё небо, является смесью мельчайших молекул газа и небольших твёрдых частиц, таких как пыль.

Солнечные лучи, поступая из космоса, под действием газов атмосферы начинают рассеиваться, причём происходит этот процесс по Закону рассеяния Релея. По мере продвижения света через атмосферу большая часть длинных волн оптического спектра проходит без изменений. Только незначительная часть красного, оранжевого и жёлтого цветов взаимодействует с воздухом, натыкаясь на молекулы и пыль.

Когда свет сталкивается с молекулами газа, то может произойти отражение света в различных направлениях. Некоторые цвета, например, красный и оранжевый, напрямую достигают наблюдателя, непосредственно проходя через воздух. Но большая часть синего света переотражается от молекул воздуха во всех направлениях. Таким образом происходит рассеивание синего света по всему небу и оно кажется голубым.

Однако, многие более короткие волны света поглощаются молекулами газов. После поглощения голубой цвет излучается во всех направлениях. Он рассеивается повсюду на небе. В каком бы направлении не посмотреть, часть из этого рассеянного синего света достигает наблюдателя. Так как синий свет виден повсюду над головой, то и небо выглядит голубым.

Если посмотреть в сторону горизонта, то небо будет иметь более бледный оттенок. Это является результатом того, что свет проходит большее расстояние в атмосфере до наблюдателя. Рассеянный свет снова рассеивается атмосферой, и меньше голубого цвета достигает глаз наблюдателя. Поэтому цвет неба у горизонта кажется бледнее или даже кажется совсем белым.

Почему космос черный?

В космическом пространстве отсутствует воздух. Так как там нет препятствий, от которых свет мог бы отражаться, то свет распространяется напрямую. Лучи света не рассеиваются, и «небо» выглядит тёмным и чёрным.

Атмосфера.

Атмосфера - это смесь газов и других веществ, которые окружают Землю, в виде тонкой, в основном прозрачной оболочки. Атмосфера удерживается на месте благодаря притяжению Земли. Основными компонентами атмосферы являются азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и диоксид углерода (0.03%). Так же в атмосфере содержатся в небольших количествах вода (в разных местах её концентрация колеблется от 0% до 4%), твёрдые частицы, газы неон, гелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Наука, которая изучает атмосферу, называется метеорологией.

Жизнь на Земле была бы невозможна без наличия атмосферы, которая поставляет кислород, необходимый нам для дыхания. Кроме того, атмосфера выполняет и другую важную функцию - она выравнивает температуру по всей планете. Если бы атмосферы не было, то в одних местах планеты могла бы быть испепеляющая жара, а в других местах сильнейший холод, диапазон температур мог бы колебаться от -170°C ночью до +120°C днём. Так же атмосфера защищает нас от вредного излучения Солнца и космоса, поглощая и рассеивая его.

Строение атмосферы

Атмосфера состоит из разных слоёв, разделение на эти слои происходит по их температуре, молекулярному составу и электрическим свойствам. Эти слои не имеют ярко выраженных границ, они сезонно изменяются, и кроме того их параметры меняются на разных широтах.

Гомосфера

• Нижние 100 км, включая Тропосферу, Стратосферу и Мезопаузу.
• Составляет 99% массы атмосферы.
• Молекулы не разделяются по молекулярному весу.
• Состав достаточно однороден, за исключением некоторых небольших локальных аномалий. Однородность поддерживается постоянным смешиванием, турбуленцией и турбулентной диффузией.
• Вода является одним из двух компонентов, распределённых неравномерно. Когда водяной пар поднимается вверх, он охлаждается и конденсируется, возвращаясь затем на землю в виде осадков - снега и дождя. Стратосфера сама по себе очень сухая.
• Озон является другой молекулой, распределение которой неравномерно. (Об озоновом слое в стратосфере читайте ниже.)

Гетеросфера

• Простирается выше гомосфераы, включает в себя Термосферу и Экзосферу.
• Разделение молекул этого слоя основано на их молекулярных массах. Более тяжёлые молекулы, такие как азот и кислород, концентрируются в нижней части слоя. Более лёгкие, гелий и водород, преобладают в верхней части гетеросферы.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их электрических свойств.

Нейтральная атмосфера

• Ниже 100 км.

Ионосфера

• Примерно выше 100 км.
• Содержит электрически заряженные частицы (ионы), возникающие при поглощении ультрафиолетового света
• Степень ионизации изменяется с высотой.
• Различные слои отражают длинные и короткие радиоволны. Это позволяет радиосигналам, распространяющимся по прямой, огибать сферическую поверхность земли.
• В этих атмосферных слоях происходят полярные сияния.
• Магнитосфера является верхней частью ионосферы, простирающейся примерно до высоты 70000 км, эта высота зависит от интенсивности солнечного ветра. Магнитосфера защищает нас от заряженных частиц высоких энергий солнечного ветра, удерживая их в магнитном поле Земли.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их температур

Высота верхней границы тропосферы зависит от сезонов и широты. Она простирается от земной поверхности до высоты примерно 16 км у экватора, и до высоты 9 км на Северном и Южном полюсах.

• Префикс «тропо» означает изменения. Изменение параметров тропосферы происходит из-за погодных условий - например, из-за перемещения атмосферных фронтов.
• С увеличением высоты температура падает. Тёплый воздух поднимается вверх, затем охлаждается и спускается обратно на Землю. Этот процесс называется конвекцией, он возникает в следствии движения воздушных масс. Ветры в этом слое дуют преимущественно вертикально.
• Этот слой содержит больше молекул, чем все другие слои, вместе взятые.

Стратосфера - простирается примерно от высоты 11 км до 50 км.

• Имеет очень тонкий слой воздуха.
• Префикс «страто» относится к слоям или разделению на слои.
• Нижняя часть Стратосферы довольно спокойная. Реактивные самолёты часто летают в нижней части Стратосферы для того, что бы обойти плохую погоду в Тропосфере.
• В верхней части Стратосферы дуют сильные ветры, известные как высотные струйные течения. Они дуют горизонтально со скоростями до 480 км/час.
• Стратосфера содержит «озоновый слой», расположенный на высоте примерно 12 до 50 км (в зависимости от широты). Хотя концентрация озона в этом слое всего 8 мл/м 3 , он очень эффективно поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца, тем самым защищая жизнь на земле. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода. Молекулы кислорода, которыми мы дышим, содержат два атома кислорода.
• Стратосфера очень холодная, её температура составляет примерно -55°C в нижней части и возрастает с высотой. Увеличение температуры связано с поглощением ультрафиолетовых лучей кислородом и озоном.

Мезосфера - простирается до высот примерно 100 км.

«Мама, а почему небо голубое, а не красное или желтое?» Многих родителей эта фраза ставит в тупик. Выходит, что мы, взрослые, знакомящие своего малыша с окружающим миром, сами не знаем ответа на столь «сложный вопрос» 🙂 и просто, не зная что ответить своему малышу, переводим тему, или, чтобы сочинить доступное для ребенка объяснение, нам приходится поломать голову. Поэтому давайте разберемся с вами сами почему небо голубое и как в простой форме объяснить это маленькому ребенку.

Свет, состоящий из семи спектральных цветов, проходит через атмосферу. Солнечные фотоны сталкиваются с молекулами газа, которые содержатся в воздухе, что приводит к их рассеиванию. И самое интересное то, что после этого количество частиц, излучающих короткую волну синего цвета, становится в восемь раз больше, чем других. Получается, что на наших глазах солнечный свет на пути к Земле превращается из белого в голубой.

Как же объяснить все это ребенку? Рассказывать про фотоны солнечных лучей, сталкивающиеся с молекулами газа, пока еще рано. Предлагаем несколько версий ответа на этот непростой вопрос.

Отчего небо голубое?

• Солнечный свет состоит из 7 цветов, соединенных вместе: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. (Рассматриваете картинки со спектром, вспоминаете радугу.) Каждый лучик проходит через толстый слой воздуха высоко над нами, как бы через решето. Все цвета в этот момент разбрызгиваются и именно голубой становится виден больше всех, потому что он самый стойкий.
• Воздух выглядит прозрачным, но на самом деле имеет голубоватый оттенок. До солнышка очень далеко. Когда мы смотрим на небо вверх, мы видим очень толстый слой воздуха, настолько толстый, что мы видим, что он голубой. Можно взять прозрачный целлофан, сложить его много раз и рассмотреть, как он изменил цвет и прозрачность. А потом провести аналогию.
• Окружающий нас воздух состоит из крошечных и постоянно движущихся частичек (газов, пылинок и соринок, паров воды). Таких маленьких, что увидеть их можно только с помощью специальных приспособлений – микроскопов. А солнечный свет соединяет в себе 7 цветов. Луч, проходящий через воздух, сталкивается с крохотными частицами и составляющие его оттенки разъединяются. А так как сине-голубой преобладает в цветовой гамме, его мы и видим. Тут надо показать ребенку спектр.
• А можно совсем просто – солнце раскрашивает воздух голубым цветом.

Если ребенок совсем маленький и про спектры рассказывать еще рано 🙂 , то можно просто что нибудь придумать 🙂 (варианты с форумов)

koшeчка Ну, например вот так: живет на свете такой волшебник, у которого есть кисть с красивыми голубыми красками, он просыпается, и чтобы деткам было светло и радостно, он достает голубую краску и рисует ею небо, краска тоже волшебная-не проливается и сразу засыхает 🙂 , но когда он расстроен, то небо не голубое, а темно-синее и краска не сохнет, а идет дождик, а у волшебника есть сестра-фея, и вот когда она видит, что детки устали, то зарисовывает небо в темный цвет и бросает звездочки, чтоб не сильно темно было-и тогда деткам снятся красочные сны 🙂

Владимир Гор На земле много морей и океанов (покажите на карте) и в солнечную погоду вода отражается на небе и небо становится таким же голубым, как вода в океанах и морях, также как это происходит в зеркале,(покажите в зеркале, что либо голубого цвета). Ребенку этого будет достаточно, чтобы удовлетворить его любопытство.

Chena Летела фея, в корзинке у неё были краски, пузырек с голубой краской упал и краска разлилась, поэтому небо голубое. А вообще, всё зависит от возраста малыша…

Очень важно вовлекать вашего малыша в дискуссию. Иногда предлагайте своему почемучке сначала самому подумать над ответом на вопрос. Попробуйте намекнуть, подтолкнуть его к выводам. А потом обсудить и обобщить информацию. Крохе необходимо ваше внимание, признание его интересов и уважение к первым попыткам познать мир. Таким образом вы поможете сформироваться открытой и любознательной личности вашего ребенка.

Мамам на заметку!

Девочки привет) вот не думала, что и меня коснется проблема растяжек, а еще буду писать про это))) Но деваться некуда, поэтому пишу тут: Как я избавилась от растяжек после родов? Очень буду рада, если и вам мой способ поможет...

В ясный солнечный день небо над нами выглядит ярко-синим. Вечером закат окрашивает небосвод в красные, розовые и оранжевые цвета. Почему небо имеет голубой цвет? Что делает закат красным?

Для ответа на эти вопросы нужно знать, что такое свет и из чего состоит атмосфера Земли.

Атмосфера

Атмосфера - это смесь газов и других частиц, окружающих землю. В основном атмосфера состоит из газообразных азота (78%) и кислорода (21%). Газ аргон и вода (в виде пара, капель и ледяных кристаллов) следующие по распространённости в атмосфере, их концентрация не превышает соответственно 0,93 % и 0,001%. В атмосфере Земли в небольших количествах содержатся и другие газы, а так же мельчайшие частицы пыли, сажи, пепла, пыльцы и соли, попадающей в атмосферу из океанов.

Состав атмосферы изменяется в небольших пределах в зависимости от места, от погоды и т.д. Концентрация воды в атмосфере увеличивается во время ливневых штормов, а так же вблизи океана. Вулканы способны выбросить огромное количество пепла высоко в атмосферу. Техногенные загрязнения могут так же добавить к обычному составу атмосферы различные газы или пыль и сажу.

Плотность атмосферы на низкой высоте у поверхности Земли является наибольшей, с увеличением высоты она плавно уменьшается. Между атмосферой и космосом отсутствует какая-либо ярко выраженная граница.

Световые волны

Свет является разновидностью энергии, перенос которой осуществляется с помощью волн. Кроме света, с помощью волн осуществляется перенос других видов энергий, например, звуковая волна является колебаниями воздуха. Световая волна является колебаниями электрических и магнитных полей, этот диапазон называется электромагнитным спектром.

Электромагнитные волны распространяются через безвоздушное пространство со скоростью 299,792 км/с. Скорость распространения этих волн называется скоростью света.

Энергия излучения зависит от длины волны и её частоты. Длина волны - это расстояние между двумя ближайшими вершинами (или впадинами) волны. Частота волны - это число колебаний волны за секунду. Чем длиннее волна, тем ниже её частота, и тем меньше энергии она несёт.

Цвета видимого света

Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который может быть виден нашими глазами. Свет, испускаемый Солнцем или лампой накаливания может иметь белый цвет, но на самом деле он является смесью различных цветов. Можно увидеть различные цвета видимого спектра света, разложив его на составляющие с помощью призмы. Этот спектр так же можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей из-за преломления света Солнца в капельках воды, действующих как одна гигантская призма.

Цвета спектра смешиваются, непрерывно переходят один в другой. На одном конце спектр имеет красный или оранжевый цвета. Эти цвета плавно переходят в жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый цвета. Цвета имеют различные длины волн, разные частоты и различаются по энергиям.

Распространение света в воздухе

Свет распространяется через пространство по прямой до тех пор, пока на его пути нет препятствий. При входе световой волны в атмосферу свет продолжает распространяться прямолинейно до тех пор, пока на его пути не окажется пыль или молекулы газа. В этом случае то, что произойдёт со светом будет зависеть от его длины волны и размера частиц, оказавшихся на его пути.

Частицы пыли и капли воды имеют размеры гораздо больше, чем длина волны видимого света. Свет отражается в различных направлениях при столкновениях с этими крупными частицами. Различные цвета видимого света одинаково отражаются этими частицами. Отражённый свет кажется белым, так как он всё ещё содержит те же самые цвета, которые были в нём до отражения.

Молекулы газов имеют меньшие размеры, чем длина волны видимого света. Если световая волна сталкивается с ними, то результат столкновения может быть различным. Когда свет сталкивается с молекулой какого-либо газа, то часть его поглощается. Чуть позже молекула начинает излучать свет в различных направлениях. Цвет излучающегося света является тем же самым цветом, который был поглощён. Но цвета различных длин волн поглощаются по-разному. Любые цвета могут поглощаться, но более высокие частоты (голубой цвет) поглощаются гораздо сильнее, чем низкие частоты (красный цвет). Этот процесс называется рассеянием Рэлея, оно названо так в честь британского физика Джона Рэлея, открывшего это явление рассеяния в 1870-х годах.

Почему небо синее?

Небо имеет голубой цвет из-за рассеяния Рэлея. По мере продвижения света через атмосферу большая часть длинных волн оптического спектра проходит без изменений. Только незначительная часть красного, оранжевого и жёлтого цветов взаимодействует с воздухом.

Однако многие более короткие волны света поглощаются молекулами газов. После поглощения голубой цвет излучается во всех направлениях. Он рассеивается повсюду на небе. В каком бы направлении не посмотреть, часть из этого рассеянного синего света достигает наблюдателя. Так как синий свет виден повсюду над головой, то и небо выглядит голубым.

Если посмотреть в сторону горизонта, то небо будет иметь более бледный оттенок. Это является результатом того, что свет проходит большее расстояние в атмосфере до наблюдателя. Рассеянный свет снова рассеивается атмосферой, и меньше голубого цвета достигает глаз наблюдателя. Поэтому цвет неба у горизонта кажется бледнее или даже кажется совсем белым.

Чёрное небо и белое солнце

С Земли Солнце кажется жёлтым. Если бы мы находились в космосе или на Луне, то Солнце казалось бы нам белым. В космосе нет атмосферы, которая рассеивает солнечный свет. На Земле часть коротких волн солнечного света (голубой и фиолетовый цвета) поглощаются рассеянием. Оставшаяся часть спектра выглядят жёлтым цветом.

Кроме того, в космосе небо выглядит тёмным или чёрным вместо голубого. Это результат отсутствия атмосферы, следовательно свет никак не рассеивается.

Почему закат красный?

Когда Солнце клонится к закату, то солнечному свету приходится проходить большее расстояние в атмосфере, что бы достичь наблюдателя, соответственно больше солнечного света отражается и рассеивается атмосферой. Так как меньше прямого света достигает наблюдателя, то Солнце кажется менее ярким. Цвет Солнца так же кажется другим, он имеет диапазон цветов от оранжевого до красного. Это происходит из-за того, что рассеивается ещё больше коротковолновых цветов, голубого и зелёного. Остаются только длинноволновые составляющие оптического спектра, которые и достигают глаз наблюдателя.

Небо вокруг заходящего солнца может быть окрашено в разные цвета. Наиболее красивым небо бывает тогда, когда воздух содержит множество маленьких частиц пыли или воды. Эти частицы отражают свет во всех направлениях. В этом случае происходит рассеяние более коротких световых волн. Наблюдатель видит световые лучи более длинных волн, и поэтому небо кажется красным, розовым или оранжевым.

Более подробно об атмосфере

Что такое атмосфера?

Атмосфера - это смесь газов и других веществ, которые окружают Землю, в виде тонкой, в основном прозрачной оболочки. Атмосфера удерживается на месте благодаря притяжению Земли. Основными компонентами атмосферы являются азот (78,09%), кислород (20,95%), аргон (0,93%) и диоксид углерода (0.03%). Так же в атмосфере содержатся в небольших количествах вода (в разных местах её концентрация колеблется от 0% до 4%), твёрдые частицы, газы неон, гелий, метан, водород, криптон, озон и ксенон. Наука, которая изучает атмосферу, называется метеорологией.

Жизнь на Земле была бы невозможна без наличия атмосферы, которая поставляет кислород, необходимый нам для дыхания. Кроме того, атмосфера выполняет и другую важную функцию - она выравнивает температуру по всей планете. Если бы атмосферы не было, то в одних местах планеты могла бы быть испепеляющая жара, а в других местах сильнейший холод, диапазон температур мог бы колебаться от -170°C ночью до +120°C днём. Так же атмосфера защищает нас от вредного излучения Солнца и космоса, поглощая и рассеивая его.

От всего количества энергии Солнца, достигающей Земли, примерно 30% отражается облаками и земной поверхностью обратно в космос. Атмосфера поглощает примерно 19% излучения Солнца, и только 51% поглощается поверхностью Земли.

Воздух имеет вес, хотя мы и не сознаём этого, и не ощущаем давления воздушного столба. На уровне моря это давление имеет величину одну атмосферу, или 760 мм ртутного столба (1013 миллибар или 101,3 кПа). С увеличением высоты атмосферное давление быстро снижается. Давление падает в 10 раз при увеличении высоты на каждые 16 км. Это означает, что при давлении 1 атмосфера на уровне моря, на высоте 16 км давление будет равно 0,1 атм, а на высоте 32 км - 0,01 атм.

Плотность атмосферы в самых низших её слоях составляет 1,2 кг/м 3 . В каждом кубическом сантиметре воздуха содержится примерно 2,7*10 19 молекул. На уровне земли каждая молекула движется со скоростью около 1600 км/час, при этом частота столкновения с другими молекулами составляет 5 миллиардов раз в секунду.

Плотность воздуха также быстро падает с ростом высоты. На высоте 3 км плотность воздуха уменьшается на 30%. Люди, живущие вблизи уровня моря при поднятии на такую высоту испытывают временные проблемы с дыханием. Наибольшая высота, на которой постоянно проживают люди, составляет 4 км.

Строение атмосферы

Атмосфера состоит из разных слоёв, разделение на эти слои происходит по их температуре, молекулярному составу и электрическим свойствам. Эти слои не имеют ярко выраженных границ, они сезонно изменяются, и кроме того их параметры меняются на разных широтах.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их молекулярного состава

Гомосфера

• Нижние 100 км, включая Тропосферу, Стратосферу и Мезопаузу.
• Составляет 99% массы атмосферы.
• Молекулы не разделяются по молекулярному весу.
• Состав достаточно однороден, за исключением некоторых небольших локальных аномалий. Однородность поддерживается постоянным смешиванием, турбуленцией и турбулентной диффузией.
• Вода является одним из двух компонентов, распределённых неравномерно. Когда водяной пар поднимается вверх, он охлаждается и конденсируется, возвращаясь затем на землю в виде осадков - снега и дождя. Стратосфера сама по себе очень сухая.
• Озон является другой молекулой, распределение которой неравномерно. (Об озоновом слое в стратосфере читайте ниже.)

Гетеросфера

• Простирается выше гомосфераы, включает в себя Термосферу и Экзосферу.
• Разделение молекул этого слоя основано на их молекулярных массах. Более тяжёлые молекулы, такие как азот и кислород, концентрируются в нижней части слоя. Более лёгкие, гелий и водород, преобладают в верхней части гетеросферы.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их электрических свойств.

Нейтральная атмосфера

• Ниже 100 км.

Ионосфера

• Примерно выше 100 км.
• Содержит электрически заряженные частицы (ионы), возникающие при поглощении ультрафиолетового света
• Степень ионизации изменяется с высотой.
• Различные слои отражают длинные и короткие радиоволны. Это позволяет радиосигналам, распространяющимся по прямой, огибать сферическую поверхность земли.
• В этих атмосферных слоях происходят полярные сияния.
• Магнитосфера является верхней частью ионосферы, простирающейся примерно до высоты 70000 км, эта высота зависит от интенсивности солнечного ветра. Магнитосфера защищает нас от заряженных частиц высоких энергий солнечного ветра, удерживая их в магнитном поле Земли.

Разделение атмосферы на слои в зависимости от их температур

Высота верхней границы тропосферы зависит от сезонов и широты. Она простирается от земной поверхности до высоты примерно 16 км у экватора, и до высоты 9 км на Северном и Южном полюсах.

• Префикс "тропо" означает изменения. Изменение параметров тропосферы происходит из-за погодных условий - например, из-за перемещения атмосферных фронтов.
• С увеличением высоты температура падает. Тёплый воздух поднимается вверх, затем охлаждается и спускается обратно на Землю. Этот процесс называется конвекцией, он возникает в следствии движения воздушных масс. Ветры в этом слое дуют преимущественно вертикально.
• Этот слой содержит больше молекул, чем все другие слои, вместе взятые.

Стратосфера - простирается примерно от высоты 11 км до 50 км.

• Имеет очень тонкий слой воздуха.
• Префикс "страто" относится к слоям или разделению на слои.
• Нижняя часть Стратосферы довольно спокойная. Реактивные самолёты часто летают в нижней части Стратосферы для того, что бы обойти плохую погоду в Тропосфере.
• В верхней части Стратосферы дуют сильные ветры, известные как высотные струйные течения. Они дуют горизонтально со скоростями до 480 км/час.
• Стратосфера содержит "озоновый слой", расположенный на высоте примерно 12 до 50 км (в зависимости от широты). Хотя концентрация озона в этом слое всего 8 мл/м 3 , он очень эффективно поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца, тем самым защищая жизнь на земле. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода. Молекулы кислорода, которыми мы дышим, содержат два атома кислорода.
• Стратосфера очень холодная, её температура составляет примерно -55°C в нижней части и возрастает с высотой. Увеличение температуры связано с поглощением ультрафиолетовых лучей кислородом и озоном.

Мезосфера - простирается до высот примерно 100 км.

• С увеличением высоты температура быстро растёт.

Термосфера - простирается до высот примерно 400 км.

• С увеличением высоты температура быстро возрастает из-за поглощения очень коротковолнового ультрафиолетового излучения.
• Метеоры, или "падающие звёзды", начинают сгорать на высотах примерно 110-130 км над поверхностью Земли.

Экзосфера - простирается на сотни километров за Термосферу, постепенно переходя в космическое пространство.

• Плотность воздуха здесь так низка, что применение понятия температуры теряет всякий смысл.
• При столкновении друг с другом молекулы часто улетают в космос.

Почему цвет неба голубой?

Видимый свет является разновидностью энергии, способной перемещаться через пространство. Свет от Солнца или лампы накаливания кажется белым, хотя в действительности он является смесью всех цветов. Основные цвета, из которых сложен белый цвет это красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета непрерывно переходят один в другой, поэтому кроме основных цветов имеется ещё огромное количество всевозможных оттенков. Все эти цвета и оттенки можно наблюдать на небе в виде радуги, возникающей в области повышенной влажности.

Воздух, заполняющий всё небо, является смесью мельчайших молекул газа и небольших твёрдых частиц, таких как пыль.

По мере того, как солнечный свет проходит сквозь воздух, он натыкается на молекулы и пыль. Когда свет сталкивается с молекулами газа, то может произойти отражение света в различных направлениях. Некоторые цвета, например, красный и оранжевый, напрямую достигают наблюдателя, непосредственно проходя через воздух. Но большая часть синего света переотражается от молекул воздуха во всех направлениях. Таким образом происходит рассеивание синего света по всему небу и оно кажется голубым.

Когда мы смотрим вверх, то некоторая часть этого голубого свет достигает наших глаза ото всех концов неба. Так как повсюду над головой нам виден синий цвет, то небо выглядит голубым.

В космическом пространстве отсутствует воздух. Так как там нет препятствий, от которых свет мог бы отражаться, то свет распространяется напрямую. Лучи света не рассеиваются, и "небо" выглядит тёмным и чёрным.

Эксперименты со светом

Первый эксперимент - разложение света в спектр

Для проведения этого эксперимента понадобится:

• небольшое зеркало, кусок белой бумаги или картона, вода;
• большой мелкий сосуд типы кюветы или миски, или пластиковая коробка из-под мороженого;
• солнечная погода и окно, выходящее на солнечную сторону.

Как проводить эксперимент:

1. Наполните кювету или миску на 2/3 водой, и поставьте на пол или на стол так, что бы прямой солнечный свет достигал воды. Наличие прямого солнечного света является обязательным для правильного проведения эксперимента.
2. Установите зеркало под водой так, что бы на него попадали солнечные лучи. Держите над зеркалом кусок бумаги так, что бы отражённые зеркалом лучи солнца попадали на бумагу, если необходимо, отрегулируйте их взаимное положение. Наблюдайте цветной спектр на бумаге.

Что происходит: вода и зеркало действуют как призма, разлагая свет на цветовые составляющие спектра. Это происходит потому, что лучи света, проходя из одной среды (воздуха) в другую (воду) изменяют свою скорость и направление. Это явление называется рефракцией. Различные цвета преломляются по-разному, фиолетовые лучи сильнее тормозятся и сильнее изменяют своё направление. Красные лучи замедляются и меняют своё направление в меньшей степени. Свет разделяется на составляющие цвета, и мы можем видеть спектр.

Второй эксперимент - моделирование неба в стеклянной банке

Материалы, необходимые для проведения эксперимента:

• прозрачный высокий стакан или прозрачная пластиковая либо стеклянная банка;
• вода, молоко, чайная ложка, фонарик;
• тёмная комната;

Проведение эксперимента:

1. Наполнить стакан или банку на 2/3 водой, примерно 300-400 мл.
2. В воду добавить от 0,5 до одной ложки молока, смесь взболтать.
3. Взяв стакан и фонарик, перейти в тёмную комнату.
4. Держите фонарик над стаканом с водой и направьте луч света на поверхность воды, посмотрите на стакан со стороны. При этом вода будет иметь синеватый оттенок. Теперь направьте фонарик на стакан сбоку, и посмотрите на луч света с другой стороны стакана, так что бы свет прошёл через воду. При этом у воды появится красноватый оттенок. Поместите фонарик под стакан и направьте луч света вверх, при этом смотря на воду сверху. При этом красноватый оттенок у воды будет выглядеть более насыщенным.

Что в этом эксперименте происходит: мелкие частицы молока, взвешенные в воде, рассеивают свет, идущий от фонарика точно так же, как частицы и молекулы в воздухе рассеивают солнечный свет. Когда стакан освещается сверху, то вода кажется голубоватой из-за того, что голубой цвет рассеивается во все стороны. Когда вы смотрите через воду непосредственно на свет, то свет фонаря кажется красным, так как часть синих лучей была удалена из-за рассеяния света.

Третий эксперимент - смешивание цветов

Вам понадобится:

• карандаш, ножницы, белый картон или кусок ватмана;
• цветные карандаши или фломастеры, линейка;
• кружка или большая чашка с диаметром в верхней части 7...10 см или штангенциркуль.
• бумажный стакан.

Как проводить эксперимент:

1. Если нет штангенциркуля, то используйте кружку в качестве шаблона для рисования окружности на куске картона, вырежьте эту окружность. С помощью линейки разделите окружность на 7 приблизительно равных секторов.
2. Раскрасьте эти семь секторов в цвета основные спектра - красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Старайтесь раскрасить диск как можно аккуратнее и равномернее.
3. Проделайте отверстие в середине диска и насадите диск на карандаш.
4. Проделайте отверстие в днище бумажного стаканчика, диаметр отверстия должен быть чуть больше диаметра карандаша. Переверните стаканчик вверх дном и вставьте в него карандаш с насаженным диском так, что бы грифель карандаша опирался на стол, отрегулируйте положение диска на карандаше так, что бы диск не касался дна стаканчика и находился над ним на высоте 0,5..1,5 см.
5. Быстро раскрутите карандаш и смотрите на вращающийся диск, обратите внимание на его цвет. При необходимости проведите регулировку диска и карандаша так, что бы они могли легко вращаться.

Объяснение увиденного явления: цвета, которыми раскрашены секторы на диске, являются основными составляющими цветами белого света. Когда диск вращается достаточно быстро, то кажется, что цвета сливаются, и диск выглядит белым. Попробуйте поэкспериментировать с другими комбинациями цветов.

Глядя на небо в погожий день, мы с самого детства привыкаем его голубому цвету днём и алому на закате и восходе. Голубой цвет неба настолько привычен для нашего глаза, что зачастую даже не возникает вопросов, почему цвет неба именно голубой, а не, например, зелёный или жёлтый. И вправду, почему небо голубого цвета, если главный источник света для Земли – Солнце, которое светит жёлтым светом? (Только не бросайтесь проверять, какого цвета Солнце, без защиты для глаз).

Какого цвета Солнце на самом деле?

Оказывается, что свет, идущий от Солнца, имеет разные цвета. На самом деле, Солнце светит и голубым, и зелёным, и жёлтым, и красным светом. Это было открыто ещё в 17 веке Ньютоном. Мы видим Солнце жёлтым, потому что оно сильнее всего испускает именно жёлтый цвет, а остальные цвета мы можем увидеть только с помощью специальной аппаратуры. Жёлтый свет настолько интенсивный, что человек не может различить другие цвета на его фоне. Это всё равно, что пытаться заметить маленький зелёный или голубой фонарик на фоне огромного жёлтого прожектора.

Как свет попадает на поверхность Земли?

Представьте себе лучи всех цветов радуги, идущие от Солнца к Земле. В космическом вакууме, между Солнцем и Землёй, солнечные лучи летят в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью. Но всё меняется, когда свет Солнца достигает земной атмосферы. Солнечные лучи сталкиваются с молекулами воздуха (состоящего, в основном, из кислорода и азота) и меняют своё направление – рассеиваются. Давайте понаблюдаем за процессом рассеяния света. Вот небольшой «кусочек» солнечного света – фотон, влетает в Земную атмосферу; и сразу же на его пути оказывается какая-нибудь молекула воздуха. Фотон «задевает» эту молекулу, и немного отклоняется от первоначального пути. Пролетев ещё чуть-чуть, фотон опять столкнётся с молекулой воздуха и опять сменит направление. Пока такой «забияка-путешественник» достигнет нашего глаза, он успеет столкнуться с миллиардами молекул и примерно столько же раз изменить направление движения. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, так сильно меняет своё направление, что фотоны начинают двигаться во все стороны, даже в сторону Солнца. Именно поэтому днём небо светлое даже с противоположной Солнцу стороны.

Почему небо голубое?

Оказывается, что цвет света очень сильно влияет на способность отдельных «кусочков света» менять своё направление после столкновения с молекулами воздуха. Чем свет голубее, тем охотнее он меняет направление своего движения при рассеянии в атмосфере. Это значит, что голубой свет рассеивается лучше всех, а бирюзовый уже чуть хуже. Зелёный и жёлтый свет меняют своё направление хуже бирюзового. Ну а менее всего при прохождении атмосферы своё направление меняет красный свет. Он рассеивается примерно в 10 раз хуже, чем голубой. Поэтому получается, что голубой свет, идущий от Солнца, рассеивается по всему небу, и нам кажется, что небо становится голубого цвета. Если бы природа была устроена другим образом, и, например, лучше всего рассеивался бы зелёный свет, то наше небо было бы зелёного цвета.

Почему небо становится красным на закате и на восходе?

Когда Солнце садится или восходит, то солнечному свету приходится пройти более толстый слой воздуха, прежде чем попасть в наш глаз. Это значит, что фотоны, падающие на Землю на закате или восходе, испытают гораздо больше столкновений с молекулами воздуха, чем те, что попадают на Землю в течение дня. Возросшее количество столкновений приводит к тому, что даже красный свет начинает рассеиваться, поэтому небо рядом с солнцем на закате или восходе становится алым.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ

Наверно, каждый хотя бы раз в жизни сталкивался с этим простым вопросом: почему чистое, безоблачное небо голубое или синее? Очевидно, из-за воздуха, которым мы дышим, из-за атмосферы Земли! Вероятно, воздух у нас «синего цвета» или что-то вроде этого. Он только кажется прозрачным, а на больших расстояниях самолеты, горы, корабли как бы находятся в голубоватой дымке… Такие рассуждения не снимают главный вопрос: почему небо голубое? Не раскрашен же воздух синей краской!

Простой и короткий ответ таков: небо голубое потому, что молекулы воздуха рассеивают синий цвет Солнца больше, чем красный .

Так как воздух рассеивает синий цвет, небо кажется голубым, а само Солнце - желтым. Больше того, на закате, когда солнечный свет проходит через бо́льшую толщу атмосферы, мы видим красное Солнце и зарю, окрашенную в желто-красные цвета. Все это возможно только потому, что синий свет рассеивается атмосферой по пути к нам.

Но откуда вообще взялся синий свет? Начнем с того, что белый свет от Солнца - это смесь всех цветов радуги, от фиолетового до красного. Стоп, скажете вы, свет Солнца белый? Да, . Второй момент: мы сейчас говорим о свете , а не о цвете . Если смешать краски разных цветов, то мы, конечно, получим нечто почти черное.

Цвет света - это не цвет какого-либо предмета. Если смешать красный, желтый, оранжевый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый свет примерно в равном количестве, мы получим белый свет. Первым продемонстрировал это Исаак Ньютон, использовав призму для разделения разных цветов и формирования спектра.

Ученые выяснили, что разноцветный свет это всего лишь свет разных длин волн. Видимая часть спектра варьируется от красного света с длиной волны около 720 нм до фиолетового с длиной волны около 380 нм, между которыми расположены оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий цвета. Три различных типа цветовых рецепторов в сетчатке человеческого глаза наиболее сильно реагируют на красные, зеленые и синие длины волн, в сумме давая нам все разнообразие красок.

Да, так что там говорит физика о том, почему небо голубое?

Эффект Тиндаля

Первые шаги к правильному объяснению цвета неба сделал Джон Тиндаль в 1859 году. Он обнаружил любопытный эффект: если пропустить свет через прозрачную жидкость, в которой взвешены мелкие частички, то голубой свет будет рассеиваться этими частичками сильнее, чем красный свет.

Это можно легко продемонстрировать. Возьмите стакан с водой и размешайте в нем несколько капель молока, немного муки или мыла, так чтобы вода в стакане стала мутной. Затем пропустите через стакан свет фонарика. Вы увидите, что свет внутри стакана стал голубоватым . Вернее, голубоватым стал тот свет, который попал вам в глаза из стакана, то есть был отклонен и рассеян в растворе!

Но самое интересное, что свет на выходе из стакана, потеряв часть своей синей составляющей, будет уже не белым, а желтоватым! Если взять достаточно широкую емкость, то свет, многократно рассеявшись в дороге, окончательно потеряет синюю составляющую и выйдет из емкости уже не желтым, а красным.

Эффект Тиндаля касается рассеяния света в мутных жидкостях. Частички в такой жидкости должны иметь особую структуру поверхности - бороздки, решетки, поры, углы, размер которых сопоставим с длиной световой волны.

Благодаря эффекту Тиндаля существуют красивые голубые рачки сапфириниды. Эти крохотные, будто светящиеся изнутри, животные иногда становятся совершенно невидимыми для наблюдателя (рассеяние света уходит в ультрафиолетовую область)…

Эффект Тиндаля несет ответственность и за голубые глаза у людей!

Да-да, голубые глаза создает вовсе не голубой пигмент - его там попросту нет - но меланин , который рассеивает свет соответствующим образом!

Несколько лет спустя эффект Тиндаля был подробно изучен лордом Рэлеем. С тех пор рассеяние света на очень маленьких частицах стало называться рэлеевским рассеянием . Рэлей показал, что количество рассеянного света обратно пропорционально четвертой степени длины волны для достаточно мелких частиц. Отсюда следует, что синий свет на таких частицах рассеивается больше, чем красный, примерно в 10 раз: (700 нм/400 нм) 4 = 10

Пыль или молекулы?

Все это прекрасно, но наше небо заполнено воздухом, а не жидкостью, и в небе не плавают кусочки мыла или молока… Что за частицы рассеивают свет в воздухе? Тиндаль и Рэлей полагали, что голубой цвет неба должен быть из-за мелких частиц пыли и капель водяного пара, которые взвешены в атмосфере в точности как частички молока взвешены в воде.

Это ошибочное мнение, хотя и сегодня некоторые люди говорят, что цвет неба определяется паром и пылью. Если бы это было так, то цвет неба менялся бы гораздо сильнее в зависимости от влажности или тумана, чем он меняется на самом деле. Поэтому ученые предположили (правильно!), что для объяснения рассеяния достаточно молекул кислорода и азота. Это сам воздух, вернее, его молекулы рассеивают свет!

Голубое небо и облака на нем. Воздух рассеивает свет в соответствии с рэлеевским рассеянием, а более крупные частички облаков в соответствии с рассеянием Ми. Фото: Andrei Azanfirei/Flickr.com

Вопрос окончательно решил Альберт Эйнштейн в 1911 году, который рассчитал детальную формулу для рассеяния света в зависимости от молекул и дальнейшие эксперименты блестяще подтвердили его вычисления. Говорят, Эйнштейн даже смог использовать свои расчеты в качестве дополнительной проверки числа Авогадро!

Почему небо голубое, а не фиолетовое?

Кстати, если синий свет рассеивается в 10 раз больше, чем красный, то еще более короткие фиолетовые волны должны рассеиваться больше, чем синие! Возникает вопрос: почему небо не выглядит фиолетовым?

Во-первых, спектр излучения света от солнца не является одинаковым на всех длинах волн - максимум энергии в спектре Солнца приходится на зеленый свет. Во-вторых, коротковолновый фиолетовый свет активно поглощается в верхних слоях атмосферы (как и ультрафиолет!), поэтому в до поверхности Земли доходит меньше фиолетового, чем синего.

Наконец, третья причина - наши глаза менее чувствительны к фиолетовому свету, чем к синему .

Кривые чувствительности для трех типов колбочек в человеческом глазу.

У нас есть три типа цветовых рецепторов, или колбочек, в сетчатке глаз. Их называют красными, синими и зелеными, потому что они наиболее сильно реагируют на свет именно на этих длинах волн. Но на самом деле, они способны улавливать и свет других длин волн, перекрывая весь спектр.

Когда мы смотрим на небо, красные колбочки реагируют на небольшое количество рассеянного красного света, но также - менее сильно - на оранжевые и желтые длины волн. Зеленые колбочки реагируют на жёлтые и более сильно рассеянные зелёные и зелено-синие волны. Наконец, синие колбочки стимулируются цветами синих длин волн, которые очень сильно рассеиваются. Если бы в спектре не было синего и фиолетового, небо казалось бы голубым с легким зеленоватым оттенком. Но наиболее сильно рассеивающиеся волны синего и фиолетового цветов слегка стимулируют и красные колбочки, поэтому эти цвета кажутся синими с добавленным красным оттенком. Общий эффект заключается в том, что когда мы смотрим на небо, красные и зеленые колбочки стимулируются примерно одинаково , а синие стимулируются сильнее. Эта комбинация в итоге и образует голубое или синее небо.

Прекрасные закаты

Что может быть красивее тихих закатов на берегу моря или в степи? Когда воздух чистый и прозрачный, закат будет желтого цвета, точно как луч фонарика, пересекший стакан с раствором мыла: часть синего света рассеется и общий цвет Солнца сместится к красному концу спектра.

Закаты Солнца могут быть чрезвычайно разнообразными по цветовой гамме в зависимости от состояния атмосферы. Фото: Alex Derr

Другое дело, если воздух загрязнен мелкими частицами - гарью, пылью, смогом. В этом случае закат будет оранжевым и даже красным. Закаты над морем также могут быть оранжевыми из-за частиц соли, взвешенных в воздухе, которые могут создавать эффект Тиндаля. Небо вокруг солнца видно покрасневшим, а также свет, идущий прямо от солнца. Это связано с тем, что весь свет рассеивается относительно хорошо под небольшими углами, но тогда синий свет с большей вероятностью будет рассеиваться дважды и более на больших расстояниях, оставляя желтый, красный и оранжевый цвета.

Облака, голубая Луна и голубая дымка

Облака и пылевая дымка кажутся белыми, потому что они состоят из частиц, больших длин волн света. Такие частицы будут одинаково рассеивать все длины волн (рассеяния Ми).

Но иногда в воздухе могут быть частицы гораздо меньших размеров. Некоторые горные районы славятся своей голубой дымкой. Аэрозоли терпенов из растительности вступают в реакцию с озоном в атмосфере, образуя мелкие частицы диаметром около 200 нм, которые отлично рассеивают синий свет.

Голубая дымка над заливом Котор в Черногории. Фото: Rocher/Flickr.com

Лесной пожар или извержение вулкана могут иногда заполнять атмосферу мелкими частицами диаметром 500–800 нм, что является подходящим размером для рассеивания красного света. Это дает противоположность обычному эффекту Тиндаля и может привести к тому, что Луна приобретет синий оттенок, так как красный свет от Луны рассеян этими частицами. Настоящая голубая Луна - очень редкое явление!

Почему небо Марса красное?

Вот мы добрались и до Марса, небо на котором, судя по снимкам марсоходов и автоматических спускаемых аппаратов, то рыжее, то песочно-желтое, то серовато-голубое… Какое оно на самом деле?

Согласно физике, марсианское небо должно быть голубым. Оно и есть голубое , но только когда атмосфера на Красной планете спокойна. Однако на Марсе, как известно, часто дуют ветра. Несмотря на то что атмосфера планеты крайне разрежена, ветра способны поднимать миллионы тонн песка и пыли устраивать настоящие песчаные бури. Некоторые бури способны скрыть почти всю поверхность Марса!

После таких бурь в воздухе еще долго остаются взвешенными частички богатой железом пыли. Цвет этой пыли красный (это ржавчина), соответственно и небо на Марсе окрашивается в желтовато-оранжевый цвет.

Отражательные туманности

Наконец, заглянем далеко в космос, туда, где сейчас рождаются звезды.

Комплекс туманностей ро Змееносца. Фото: Jim Misti/Steve Mazlin/Robert Gendler

Вот целый комплекс из космических газопылевых облаков, расположенный на границе созвездий Змееносца и Скорпиона. Обратите внимание: часть облаков ярко светится красноватым свечением, другая часть, наоборот, поглощает свет и напоминает черные провалы. Наконец, третья часть имеет голубоватый цвет.

Все три типа облаков состоят в основном из водорода с небольшой примесью пыли и молекул. Почему же они выглядят по-разному? Все дело в их температуре. Нагретые светом погруженных в них звезд, облака начинают сами светиться. Красное свечение - излучение водорода. Очень холодные облака, наоборот, поглощают свет и потому непрозрачны для нас. Наконец, холодные, но расположенные недалеко от ярких звезд облака выглядят голубоватыми. Они отражают свет звезд, рассеивая его так же, как и атмосфера Земли!

Post Views: 4 624