Warna biru langit disebabkan oleh fakta bahawa... Apakah warna langit? Mengapakah langit biru dari sudut fizik? Hipotesis dikemukakan pada masa yang berbeza

Teks kerja disiarkan tanpa imej dan formula.
Versi penuh kerja tersedia dalam tab "Fail Kerja" dalam format PDF

1. Pengenalan.

Semasa bermain di jalanan, saya pernah melihat langit, ia adalah luar biasa: tanpa dasar, tidak berkesudahan dan biru, biru! Dan hanya awan yang menutupi sedikit warna biru ini. Saya tertanya-tanya, kenapa langit biru? Saya segera teringat lagu Alice musang dari kisah dongeng tentang Pinocchio "Sungguh langit biru...!" dan pelajaran geografi, di mana, semasa mempelajari topik "Cuaca," kami menerangkan keadaan langit, dan juga mengatakan bahawa ia berwarna biru. Jadi selepas semua, mengapa langit biru? Setibanya di rumah, saya bertanyakan soalan ini kepada ibu saya. Dia memberitahu saya bahawa apabila orang menangis, mereka meminta pertolongan syurga. Langit mengambil air mata mereka, sehingga menjadi biru seperti tasik. Tetapi cerita ibu saya tidak memenuhi soalan saya. Saya memutuskan untuk bertanya kepada rakan sekelas dan guru saya jika mereka tahu mengapa langit berwarna biru? 24 pelajar dan 17 guru telah mengambil bahagian dalam tinjauan tersebut. Selepas memproses soal selidik, kami menerima keputusan berikut:

Di sekolah, semasa pelajaran geografi, saya bertanya kepada guru soalan ini. Dia menjawab saya bahawa warna langit boleh dijelaskan dengan mudah dari sudut pandangan fizik. Fenomena ini dipanggil penyebaran. Dari Wikipedia saya belajar bahawa penyebaran ialah proses penguraian cahaya kepada spektrum. Guru geografi Larisa Borisovna mencadangkan saya memerhati fenomena ini secara eksperimen. Dan kami pergi ke bilik fizik. Vasily Aleksandrovich, seorang guru fizik, dengan rela hati bersetuju untuk membantu kami dalam hal ini. Menggunakan peralatan khas, saya dapat mengesan bagaimana proses penyebaran berlaku di alam semula jadi.

Untuk mencari jawapan kepada soalan mengapa langit berwarna biru, kami memutuskan untuk menjalankan kajian. Ini adalah bagaimana idea untuk menulis projek muncul. Bersama penyelia saya, kami menentukan topik, tujuan dan objektif penyelidikan, mengemukakan hipotesis, menentukan kaedah dan mekanisme penyelidikan untuk melaksanakan idea kami.

Hipotesis: Cahaya dihantar ke Bumi oleh Matahari dan selalunya apabila kita melihatnya, ia kelihatan putih mempesonakan kepada kita. Adakah itu bermakna langit harus putih? Tetapi pada hakikatnya langit adalah biru. Dalam perjalanan kajian kita akan mencari penjelasan untuk percanggahan ini.

Sasaran: cari jawapan kepada soalan mengapa langit berwarna biru dan ketahui warnanya bergantung kepada apa.

Tugasan: 1. Biasakan diri anda dengan bahan teori mengenai topik tersebut

2. Kaji secara eksperimen fenomena penyebaran cahaya

3. Perhatikan warna langit pada masa yang berbeza dalam sehari dan dalam keadaan cuaca yang berbeza

Objek kajian: langit

item: cahaya dan warna langit

Kaedah penyelidikan: analisis, eksperimen, pemerhatian

Peringkat kerja:

1. Teori

2. Praktikal

3. Akhir: kesimpulan tentang topik kajian

Kepentingan praktikal kerja: Bahan kajian boleh digunakan dalam pelajaran geografi dan fizik sebagai modul pengajaran.

2. Bahagian utama.

2.1. Aspek teori masalah. Fenomena langit biru dari sudut fizik

Mengapa langit biru - sangat sukar untuk mencari jawapan kepada soalan yang begitu mudah. Pertama, mari kita tentukan konsep. Langit ialah ruang di atas Bumi atau permukaan mana-mana objek astronomi lain. Secara umum, langit biasanya dipanggil panorama yang terbuka apabila melihat dari permukaan Bumi (atau objek astronomi lain) ke arah angkasa.

Ramai saintis telah memerah otak mereka untuk mencari jawapan. Leonardo da Vinci, melihat api di perapian, menulis: "Cahaya di atas kegelapan menjadi biru." Tetapi hari ini diketahui bahawa gabungan putih dan hitam menghasilkan kelabu.

nasi. 1. Hipotesis Leonardo da Vinci

Isaac Newton hampir menjelaskan warna langit, namun, untuk ini dia terpaksa mengandaikan bahawa titisan air yang terkandung di atmosfera mempunyai dinding nipis seperti buih sabun. Tetapi ternyata titisan ini adalah sfera, yang bermaksud ia tidak mempunyai ketebalan dinding. Dan seterusnya gelembung Newton pecah!

nasi. 2. Hipotesis Newton

Penyelesaian terbaik untuk masalah itu telah dicadangkan oleh ahli fizik Inggeris Lord John Rayleigh kira-kira 100 tahun yang lalu. Tetapi mari kita mulakan dari awal. Matahari memancarkan cahaya putih yang menyilaukan, yang bermaksud warna langit sepatutnya sama, tetapi ia masih biru. Apakah yang berlaku kepada cahaya putih di atmosfera? Apabila melalui atmosfera, seolah-olah melalui prisma, ia terpecah menjadi tujuh warna. Anda mungkin tahu baris ini: setiap pemburu ingin tahu di mana burung itu duduk. Terdapat makna mendalam yang tersembunyi dalam ayat-ayat ini. Mereka mewakili kepada kita warna utama dalam spektrum cahaya yang boleh dilihat.

nasi. 3. Spektrum cahaya putih.

Demonstrasi semula jadi terbaik spektrum ini, sudah tentu, pelangi.

nasi. 4 Spektrum cahaya yang boleh dilihat

Cahaya yang boleh dilihat ialah sinaran elektromagnet yang gelombangnya mempunyai panjang gelombang yang berbeza. Terdapat juga cahaya yang tidak kelihatan; mata kita tidak melihatnya. Ini adalah ultraviolet dan inframerah. Kami tidak nampak kerana panjangnya sama ada terlalu panjang atau terlalu pendek. Melihat cahaya bermakna melihat warnanya, tetapi warna yang kita lihat bergantung pada panjang gelombang. Gelombang yang paling lama kelihatan berwarna merah, dan yang terpendek adalah ungu.

Keupayaan cahaya untuk menyebar, iaitu, untuk merambat dalam medium, juga bergantung kepada panjang gelombang. Gelombang cahaya merah menyerakkan yang paling teruk, tetapi warna biru dan ungu mempunyai keupayaan serakan yang tinggi.

nasi. 5. Keupayaan penyebaran cahaya

Dan akhirnya, kita hampir dengan jawapan kepada soalan kita, mengapa langit biru? Seperti yang dinyatakan di atas, putih adalah campuran semua warna yang mungkin. Apabila ia berlanggar dengan molekul gas, setiap tujuh komponen warna cahaya putih bertaburan. Pada masa yang sama, cahaya dengan gelombang yang lebih panjang bertaburan lebih teruk daripada cahaya dengan gelombang pendek. Kerana ini, 8 kali lebih banyak spektrum biru kekal di udara daripada merah. Walaupun ungu mempunyai panjang gelombang terpendek, langit masih kelihatan biru kerana campuran panjang gelombang ungu dan hijau. Di samping itu, mata kita melihat biru lebih baik daripada ungu, memandangkan kecerahan yang sama bagi kedua-duanya. Fakta-fakta inilah yang menentukan skema warna langit: atmosfera benar-benar dipenuhi dengan sinar warna biru-biru.

Walau bagaimanapun, langit tidak selalunya biru. Pada siang hari kita melihat langit sebagai biru, cyan, kelabu, pada waktu petang - merah (Lampiran 1). Mengapa matahari terbenam berwarna merah? Semasa matahari terbenam, Matahari menghampiri ufuk, dan sinaran matahari diarahkan ke arah permukaan Bumi bukan secara menegak, seperti pada siang hari, tetapi pada sudut. Oleh itu, laluan yang dilaluinya melalui atmosfera adalah lebih panjang daripada laluan pada siang hari ketika matahari tinggi. Disebabkan ini, spektrum biru-biru diserap di atmosfera sebelum sampai ke Bumi, dan gelombang cahaya spektrum merah yang lebih panjang mencapai permukaan Bumi, mewarnai langit dalam warna merah dan kuning. Perubahan warna langit jelas berkaitan dengan putaran Bumi di sekeliling paksinya, dan oleh itu sudut tuju cahaya di Bumi.

2.2. Aspek praktikal. Kaedah eksperimen untuk menyelesaikan masalah

Dalam kelas fizik saya berkenalan dengan alat spektrograf. Vasily Aleksandrovich, seorang guru fizik, memberitahu saya prinsip operasi peranti ini, selepas itu saya secara bebas menjalankan eksperimen yang dipanggil penyebaran. Sinar cahaya putih yang melalui prisma dibiaskan dan kita melihat pelangi pada skrin. (Lampiran 2). Pengalaman ini membantu saya memahami bagaimana penciptaan alam semula jadi yang menakjubkan ini muncul di langit. Dengan bantuan spektrograf, saintis hari ini boleh mendapatkan maklumat tentang komposisi dan sifat pelbagai bahan.

Foto 1. Demonstrasi pengalaman penyebaran dalam

bilik fizik

Saya mahu mendapatkan pelangi di rumah. Guru geografi saya, Larisa Borisovna, memberitahu saya bagaimana untuk melakukan ini. Analog spektrograf ialah bekas kaca dengan air, cermin, lampu suluh dan sehelai kertas putih. Letakkan cermin di dalam bekas air dan letakkan sehelai kertas putih di belakang bekas. Kami mengarahkan cahaya lampu suluh ke cermin supaya cahaya yang dipantulkan jatuh ke atas kertas. Pelangi telah muncul di sehelai kertas lagi! (Lampiran 3). Adalah lebih baik untuk menjalankan eksperimen di dalam bilik yang gelap.

Kami telah mengatakan di atas bahawa cahaya putih pada dasarnya sudah mengandungi semua warna pelangi. Anda boleh memastikan ini dan mengumpul semua warna kembali kepada putih dengan membuat bahagian atas pelangi (Lampiran 4). Jika anda memutarnya terlalu banyak, warna akan bergabung dan cakera akan menjadi putih.

Walaupun penjelasan saintifik untuk pembentukan pelangi, fenomena ini kekal sebagai salah satu cermin mata optik misteri di atmosfera. Tonton dan nikmati!

3. Kesimpulan

Dalam mencari jawapan kepada soalan anak-anak yang sering ditanya oleh ibu bapa, "Mengapa langit biru?" Saya belajar banyak perkara yang menarik dan memberi pengajaran. Percanggahan dalam hipotesis kami hari ini mempunyai penjelasan saintifik:

Seluruh rahsia adalah dalam warna langit di atmosfera kita - dalam sampul udara planet Bumi.

Sinaran putih matahari, melalui atmosfera, terpecah menjadi sinar tujuh warna.

Sinar merah dan oren adalah yang terpanjang, dan sinar biru adalah yang terpendek.

Sinar biru mencapai Bumi kurang daripada yang lain, dan terima kasih kepada sinar ini langit diserap dengan warna biru

Langit tidak selalu biru dan ini disebabkan oleh pergerakan paksi Bumi.

Secara eksperimen, kami dapat melihat dan memahami cara penyebaran berlaku dalam alam semula jadi. Semasa kerja rumah di sekolah, saya memberitahu rakan sekelas saya mengapa langit berwarna biru. Menarik juga untuk mengetahui di mana fenomena penyebaran boleh diperhatikan dalam kehidupan seharian kita. Saya telah menemui beberapa kegunaan praktikal untuk fenomena unik ini. (Lampiran 5). Pada masa hadapan saya ingin sambung belajar langit. Berapa banyak lagi misteri yang disimpannya? Apakah fenomena lain yang berlaku di atmosfera dan apakah sifatnya? Bagaimanakah ia mempengaruhi manusia dan semua kehidupan di Bumi? Mungkin ini akan menjadi topik kajian masa depan saya.

Bibliografi

1. Wikipedia - ensiklopedia percuma

2. L.A. Malikova. Buku teks elektronik mengenai fizik "optik geometri"

3. Peryshkin A.V. Fizik. darjah 9. Buku teks. M.: Bustard, 2014, hlm.202-209

4. htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru

5. Arkib foto peribadi "Sky over Golyshmanovo"

Lampiran 1.

"Langit di atas Golyshmanovo"(arkib foto peribadi)

Lampiran 2.

Penyerakan cahaya menggunakan spektrograf

Lampiran 3.

Penyerakan ringan di rumah

"pelangi"

Lampiran 4.

Bahagian atas pelangi

Atas semasa rehat Atas semasa putaran

Lampiran 5.

Variasi dalam kehidupan manusia

Diamond Lights di atas kapal terbang

Lampu depan kereta

Tanda-tanda reflektif

Pada hari yang cerah, langit di atas kita kelihatan biru terang. Pada waktu petang, matahari terbenam mewarnai langit dengan warna merah, merah jambu dan oren. Kenapa langit biru? Apa yang menjadikan matahari terbenam merah?

Untuk menjawab soalan-soalan ini, anda perlu mengetahui apa itu cahaya dan daripada apa atmosfera Bumi dibuat.

Suasana

Atmosfera adalah campuran gas dan zarah lain yang mengelilingi bumi. Atmosfera terutamanya terdiri daripada gas nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Gas argon dan air (dalam bentuk wap, titisan dan hablur ais) adalah yang paling biasa di atmosfera, kepekatannya masing-masing tidak melebihi 0.93% dan 0.001%. Atmosfera bumi juga mengandungi sejumlah kecil gas lain, serta zarah kecil habuk, jelaga, abu, debunga dan garam yang memasuki atmosfera dari lautan.

Komposisi atmosfera berbeza-beza dalam had kecil bergantung pada lokasi, cuaca, dsb. Kepekatan air di atmosfera meningkat semasa ribut, serta berhampiran lautan. Gunung berapi mampu membuang sejumlah besar abu ke atmosfera. Pencemaran buatan manusia juga boleh menambah pelbagai gas atau habuk dan jelaga kepada komposisi normal atmosfera.

Ketumpatan atmosfera di altitud rendah berhampiran permukaan bumi adalah paling besar; dengan peningkatan ketinggian ia beransur-ansur berkurangan. Tidak ada sempadan yang jelas antara atmosfera dan ruang.

Gelombang cahaya

Cahaya adalah sejenis tenaga yang diangkut oleh gelombang. Selain cahaya, gelombang membawa jenis tenaga lain, contohnya, gelombang bunyi ialah getaran udara. Gelombang cahaya ialah ayunan medan elektrik dan magnet, julat ini dipanggil spektrum elektromagnet.

Gelombang elektromagnet bergerak melalui ruang tanpa udara pada kelajuan 299.792 km/s. Kelajuan gelombang ini merambat dipanggil kelajuan cahaya.

Tenaga sinaran bergantung kepada panjang gelombang dan frekuensinya. Panjang gelombang ialah jarak antara dua puncak terdekat (atau palung) gelombang. Kekerapan gelombang ialah bilangan kali gelombang berayun sesaat. Semakin panjang gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin kurang tenaga yang dibawanya.

Warna cahaya yang boleh dilihat

Cahaya yang boleh dilihat adalah sebahagian daripada spektrum elektromagnet yang boleh dilihat oleh mata kita. Cahaya yang dipancarkan oleh Matahari atau lampu pijar mungkin kelihatan putih, tetapi ia sebenarnya adalah campuran warna yang berbeza. Anda boleh melihat pelbagai warna spektrum cahaya yang boleh dilihat dengan memecahkannya kepada komponennya menggunakan prisma. Spektrum ini juga boleh diperhatikan di langit dalam bentuk pelangi, hasil daripada pembiasan cahaya dari Matahari dalam titisan air, bertindak sebagai satu prisma gergasi.

Warna spektrum bercampur dan terus berubah menjadi satu sama lain. Pada satu hujung spektrum mempunyai warna merah atau oren. Warna-warna ini lancar beralih kepada kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Warna mempunyai panjang gelombang yang berbeza, frekuensi yang berbeza, dan tenaga yang berbeza.

Penyebaran cahaya di udara

Cahaya bergerak melalui ruang dalam garis lurus selagi tiada halangan di laluannya. Apabila gelombang cahaya memasuki atmosfera, cahaya terus bergerak dalam garis lurus sehingga molekul habuk atau gas menghalangnya. Dalam kes ini, apa yang berlaku kepada cahaya akan bergantung pada panjang gelombangnya dan saiz zarah yang ditangkap di laluannya.

Zarah habuk dan titisan air jauh lebih besar daripada panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat. Cahaya dipantulkan dalam arah yang berbeza apabila ia mengenai zarah besar ini. Warna cahaya nampak yang berbeza dipantulkan sama oleh zarah-zarah ini. Cahaya yang dipantulkan kelihatan putih kerana ia masih mengandungi warna yang sama yang ada sebelum ia dipantulkan.

Molekul gas lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat. Jika gelombang cahaya berlanggar dengan mereka, hasil perlanggaran mungkin berbeza. Apabila cahaya berlanggar dengan molekul mana-mana gas, sebahagian daripadanya diserap. Tidak lama kemudian, molekul mula memancarkan cahaya ke arah yang berbeza. Warna cahaya yang dipancarkan adalah warna yang sama yang diserap. Tetapi warna dengan panjang gelombang yang berbeza diserap secara berbeza. Semua warna boleh diserap, tetapi frekuensi yang lebih tinggi (biru) diserap jauh lebih kuat daripada frekuensi yang lebih rendah (merah). Proses ini dipanggil serakan Rayleigh, dinamakan sempena ahli fizik British John Rayleigh, yang menemui fenomena serakan ini pada tahun 1870-an.

Kenapa langit biru?

Langit berwarna biru akibat penyebaran Rayleigh. Semasa cahaya bergerak melalui atmosfera, kebanyakan panjang gelombang panjang spektrum optik melalui tidak berubah. Hanya sebahagian kecil warna merah, oren dan kuning berinteraksi dengan udara.

Walau bagaimanapun, banyak panjang gelombang cahaya yang lebih pendek diserap oleh molekul gas. Setelah diserap, warna biru dipancarkan ke semua arah. Ia bertaburan di mana-mana di langit. Tidak kira ke arah mana anda melihat, sebahagian daripada cahaya biru yang bertaburan ini sampai kepada pemerhati. Memandangkan cahaya biru kelihatan di mana-mana di atas kepala, langit kelihatan biru.

Jika anda melihat ke arah ufuk, langit akan mempunyai warna yang lebih pucat. Ini adalah hasil cahaya yang bergerak lebih jauh melalui atmosfera untuk sampai ke pemerhati. Cahaya yang tersebar itu dihamburkan lagi oleh atmosfera dan kurang cahaya biru yang sampai ke mata pemerhati. Oleh itu, warna langit berhampiran ufuk kelihatan lebih pucat atau kelihatan putih sepenuhnya.

Langit hitam dan matahari putih

Dari Bumi, Matahari kelihatan kuning. Jika kita berada di angkasa atau di Bulan, Matahari akan kelihatan putih kepada kita. Tiada atmosfera di angkasa untuk menyerakkan cahaya matahari. Di Bumi, beberapa panjang gelombang pendek cahaya matahari (biru dan ungu) diserap oleh penyerakan. Selebihnya spektrum kelihatan kuning.

Selain itu, di angkasa, langit kelihatan gelap atau hitam dan bukannya biru. Ini adalah hasil daripada ketiadaan atmosfera, oleh itu cahaya tidak tersebar dalam apa-apa cara.

Mengapa matahari terbenam berwarna merah?

Apabila Matahari terbenam, cahaya matahari perlu menempuh jarak yang lebih jauh di atmosfera untuk sampai ke pemerhati, jadi lebih banyak cahaya matahari dipantulkan dan diserakkan oleh atmosfera. Oleh kerana kurang cahaya langsung yang sampai ke pemerhati, Matahari kelihatan kurang terang. Warna Matahari juga kelihatan berbeza, bermula dari oren hingga merah. Ini berlaku kerana lebih banyak warna gelombang pendek, biru dan hijau, bertaburan. Hanya komponen gelombang panjang spektrum optik yang kekal, yang sampai ke mata pemerhati.

Langit di sekeliling matahari terbenam boleh mempunyai warna yang berbeza. Langit paling indah apabila udara mengandungi banyak zarah kecil habuk atau air. Zarah-zarah ini memantulkan cahaya ke semua arah. Dalam kes ini, gelombang cahaya yang lebih pendek bertaburan. Pemerhati melihat sinaran cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang, itulah sebabnya langit kelihatan merah, merah jambu atau oren.

Lebih lanjut mengenai suasana

Apakah itu suasana?

Atmosfera ialah campuran gas dan bahan lain yang mengelilingi Bumi dalam bentuk cangkerang nipis, kebanyakannya telus. Atmosfera dipegang oleh graviti Bumi. Komponen utama atmosfera ialah nitrogen (78.09%), oksigen (20.95%), argon (0.93%) dan karbon dioksida (0.03%). Atmosfera juga mengandungi sejumlah kecil air (di tempat yang berbeza kepekatannya antara 0% hingga 4%), zarah pepejal, gas neon, helium, metana, hidrogen, kripton, ozon dan xenon. Sains yang mengkaji atmosfera dipanggil meteorologi.

Kehidupan di Bumi tidak mungkin berlaku tanpa kehadiran atmosfera, yang membekalkan oksigen yang kita perlukan untuk bernafas. Di samping itu, atmosfera melakukan satu lagi fungsi penting - ia menyamakan suhu di seluruh planet. Sekiranya tiada atmosfera, maka di beberapa tempat di planet ini mungkin terdapat haba yang mendesis, dan di tempat lain yang sangat sejuk, julat suhu boleh berubah-ubah dari -170°C pada waktu malam hingga +120°C pada siang hari. Atmosfera juga melindungi kita daripada sinaran berbahaya daripada Matahari dan angkasa, menyerap dan menyebarkannya.

Daripada jumlah keseluruhan tenaga suria yang sampai ke Bumi, kira-kira 30% dipantulkan oleh awan dan permukaan bumi kembali ke angkasa. Atmosfera menyerap kira-kira 19% daripada sinaran matahari, dan hanya 51% diserap oleh permukaan Bumi.

Udara mempunyai berat, walaupun kita tidak menyedarinya dan tidak merasakan tekanan ruang udara. Di paras laut, tekanan ini adalah satu atmosfera, atau 760 mmHg (1013 milibar atau 101.3 kPa). Apabila ketinggian meningkat, tekanan atmosfera berkurangan dengan cepat. Tekanan turun 10 kali ganda dengan setiap peningkatan ketinggian 16 km. Ini bermakna pada tekanan 1 atmosfera di aras laut, pada ketinggian 16 km tekanan akan menjadi 0.1 atm, dan pada ketinggian 32 km - 0.01 atm.

Ketumpatan atmosfera dalam lapisan terendahnya ialah 1.2 kg/m3. Setiap sentimeter padu udara mengandungi kira-kira 2.7 * 10 19 molekul. Di aras tanah, setiap molekul bergerak pada kira-kira 1,600 km/j, berlanggar dengan molekul lain 5 bilion kali sesaat.

Ketumpatan udara juga berkurangan dengan cepat dengan peningkatan ketinggian. Pada ketinggian 3 km, ketumpatan udara berkurangan sebanyak 30%. Orang yang tinggal berhampiran paras laut mengalami masalah pernafasan sementara apabila dinaikkan ke ketinggian sedemikian. Ketinggian tertinggi di mana orang tinggal secara kekal ialah 4 km.

Struktur atmosfera

Atmosfera terdiri daripada lapisan yang berbeza, pembahagian kepada lapisan ini berlaku mengikut suhu, komposisi molekul dan sifat elektriknya. Lapisan ini tidak mempunyai sempadan yang jelas; ia berubah mengikut musim, dan sebagai tambahan, parameternya berubah pada latitud yang berbeza.

Pembahagian atmosfera kepada lapisan bergantung kepada komposisi molekulnya

Homosfera

100 km yang lebih rendah, termasuk Troposfera, Stratosfera dan Mesopause.
Membina 99% daripada jisim atmosfera.
Molekul tidak dipisahkan oleh berat molekul.
Komposisinya agak homogen, dengan pengecualian beberapa anomali tempatan kecil. Kehomogenan dikekalkan dengan pencampuran berterusan, pergolakan dan resapan bergelora.
Air adalah salah satu daripada dua komponen yang diagihkan tidak sekata. Apabila wap air naik, ia menyejuk dan terpeluwap, kemudian kembali ke tanah dalam bentuk pemendakan - salji dan hujan. Stratosfera itu sendiri sangat kering.
Ozon adalah satu lagi molekul yang pengedarannya tidak sekata. (Baca di bawah tentang lapisan ozon di stratosfera.)

Heterosfera

Melanjutkan di atas homosfera dan termasuk Termosfera dan Eksosfera.
Pemisahan molekul dalam lapisan ini adalah berdasarkan berat molekulnya. Molekul yang lebih berat seperti nitrogen dan oksigen tertumpu di bahagian bawah lapisan. Yang lebih ringan, helium dan hidrogen, mendominasi bahagian atas heterosfera.

Pembahagian atmosfera kepada lapisan bergantung pada sifat elektriknya.

Suasana neutral

Di bawah 100 km.

Ionosfera

Lebih kurang 100 km.
Mengandungi zarah bercas elektrik (ion) yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya ultraungu
Tahap pengionan berubah mengikut ketinggian.
Lapisan yang berbeza mencerminkan gelombang radio panjang dan pendek. Ini membolehkan isyarat radio bergerak dalam garis lurus membengkok di sekeliling permukaan sfera bumi.
Aurora berlaku di lapisan atmosfera ini.
Magnetosfera adalah bahagian atas ionosfera, memanjang hingga lebih kurang 70,000 km ketinggian, ketinggian ini bergantung kepada keamatan angin suria. Magnetosfera melindungi kita daripada zarah bercas tenaga tinggi daripada angin suria dengan mengekalkannya dalam medan magnet Bumi.

Pembahagian atmosfera kepada lapisan bergantung pada suhunya

Ketinggian sempadan atas troposfera bergantung pada musim dan latitud. Ia memanjang dari permukaan bumi ke ketinggian kira-kira 16 km di khatulistiwa, dan ke ketinggian 9 km di Kutub Utara dan Selatan.

Awalan "tropo" bermaksud perubahan. Perubahan dalam parameter troposfera berlaku disebabkan oleh keadaan cuaca - contohnya, disebabkan oleh pergerakan bahagian hadapan atmosfera.
Apabila ketinggian meningkat, suhu menurun. Udara panas naik, kemudian sejuk dan jatuh semula ke Bumi. Proses ini dipanggil perolakan, ia berlaku akibat pergerakan jisim udara. Angin dalam lapisan ini bertiup secara menegak.
Lapisan ini mengandungi lebih banyak molekul daripada semua lapisan lain yang digabungkan.

Stratosfera- memanjang dari lebih kurang 11 km hingga ketinggian 50 km.

Mempunyai lapisan udara yang sangat nipis.
Awalan "strato" merujuk kepada lapisan atau pembahagian kepada lapisan.
Bahagian bawah Stratosfera agak tenang. Pesawat jet sering terbang ke stratosfera bawah untuk mengelakkan cuaca buruk di troposfera.
Di bahagian atas Stratosfera terdapat angin kencang yang dikenali sebagai aliran jet altitud tinggi. Mereka meniup secara mendatar pada kelajuan sehingga 480 km/j.
Stratosfera mengandungi "lapisan ozon", terletak pada ketinggian kira-kira 12 hingga 50 km (bergantung kepada latitud). Walaupun kepekatan ozon dalam lapisan ini hanya 8 ml/m 3, ia sangat berkesan untuk menyerap sinaran ultraungu berbahaya daripada matahari, sekali gus melindungi kehidupan di bumi. Molekul ozon terdiri daripada tiga atom oksigen. Molekul oksigen yang kita sedut mengandungi dua atom oksigen.
Stratosfera sangat sejuk, dengan suhu kira-kira -55°C di bahagian bawah dan meningkat dengan ketinggian. Peningkatan suhu adalah disebabkan oleh penyerapan sinaran ultraungu oleh oksigen dan ozon.

Mesosfera- meluas ke ketinggian kira-kira 100 km.

Apabila ketinggian meningkat, suhu meningkat dengan cepat.

Termosfera- meluas ke ketinggian kira-kira 400 km.

Apabila ketinggian meningkat, suhu meningkat dengan cepat disebabkan oleh penyerapan sinaran ultraungu panjang gelombang yang sangat pendek.
Meteor, atau "bintang jatuh", mula terbakar pada ketinggian kira-kira 110-130 km di atas permukaan Bumi.

Eksosfera- menjangkau ratusan kilometer di luar Termosfera, secara beransur-ansur bergerak ke angkasa lepas.

Ketumpatan udara di sini sangat rendah sehingga penggunaan konsep suhu kehilangan semua makna.
Apabila molekul berlanggar antara satu sama lain, mereka sering terbang ke angkasa.

Mengapa warna langit biru?

Cahaya nampak ialah sejenis tenaga yang boleh bergerak melalui angkasa. Cahaya dari Matahari atau lampu pijar kelihatan putih, walaupun pada hakikatnya ia adalah campuran semua warna. Warna utama yang membentuk putih ialah merah, oren, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Warna-warna ini terus berubah menjadi satu sama lain, jadi sebagai tambahan kepada warna utama terdapat juga sejumlah besar pelbagai warna. Semua warna dan rona ini boleh diperhatikan di langit dalam bentuk pelangi yang muncul di kawasan kelembapan tinggi.

Udara yang memenuhi seluruh langit adalah campuran molekul gas kecil dan zarah pepejal kecil seperti habuk.

Apabila cahaya matahari melalui udara, ia bertemu dengan molekul dan habuk. Apabila cahaya berlanggar dengan molekul gas, cahaya boleh dipantulkan ke arah yang berbeza. Sesetengah warna, seperti merah dan oren, mencapai pemerhati secara langsung dengan melalui udara secara langsung. Tetapi kebanyakan cahaya biru dipantulkan daripada molekul udara ke semua arah. Ini menyerakkan cahaya biru ke seluruh langit dan menjadikannya kelihatan biru.

Apabila kita mendongak, sebahagian daripada cahaya biru ini sampai ke mata kita dari seluruh langit. Oleh kerana kita melihat biru di mana-mana di atas kepala kita, langit kelihatan biru.

Tiada udara di angkasa lepas. Oleh kerana tiada halangan dari mana cahaya boleh dipantulkan, cahaya bergerak secara langsung. Sinaran cahaya tidak berselerak, dan "langit" kelihatan gelap dan hitam.

Eksperimen dengan cahaya

Percubaan pertama ialah penguraian cahaya kepada spektrum

Untuk menjalankan eksperimen ini anda perlu:

cermin kecil, sekeping kertas putih atau kadbod, air;
bekas cetek yang besar seperti kuvet atau mangkuk, atau kotak ais krim plastik;
cuaca cerah dan tingkap yang menghadap ke bahagian yang cerah.

Cara menjalankan eksperimen:

Isi kuvet atau mangkuk 2/3 penuh dengan air dan letakkan di atas lantai atau meja supaya cahaya matahari terus sampai ke air. Kehadiran cahaya matahari langsung adalah wajib untuk eksperimen yang betul.
Letakkan cermin di bawah air supaya sinaran matahari jatuh ke atasnya. Pegang sekeping kertas di atas cermin supaya sinar matahari yang dipantulkan oleh cermin jatuh ke atas kertas; jika perlu, laraskan kedudukan relatifnya. Perhatikan spektrum warna pada kertas.

Apa yang berlaku: Air dan cermin bertindak seperti prisma, membelah cahaya kepada komponen warna spektrum. Ini berlaku kerana sinaran cahaya, melalui satu medium (udara) ke satu lagi (air), menukar kelajuan dan arahnya. Fenomena ini dipanggil pembiasan. Warna yang berbeza dibiaskan secara berbeza, sinar ungu lebih terhalang dan menukar arahnya dengan lebih kuat. Sinar merah perlahan dan kurang menukar arah. Cahaya dipisahkan kepada warna komponennya dan kita boleh melihat spektrumnya.

Percubaan kedua - memodelkan langit dalam balang kaca

Bahan yang diperlukan untuk eksperimen:

kaca tinggi telus atau plastik telus atau balang kaca;
air, susu, sudu teh, lampu suluh;
bilik gelap;

Menjalankan eksperimen:

Isi gelas atau balang 2/3 penuh dengan air, kira-kira 300-400 ml.
Tambah 0.5 kepada satu sudu susu ke dalam air, goncangkan adunan.
Mengambil gelas dan lampu suluh, masuk ke dalam bilik gelap.
Pegang lampu suluh di atas segelas air dan arahkan pancaran cahaya ke permukaan air, lihat kaca dari sisi. Dalam kes ini, air akan mempunyai warna kebiruan. Sekarang arahkan lampu suluh ke sisi kaca, dan lihat pancaran cahaya dari sisi lain kaca, supaya cahaya melalui air. Dalam kes ini, air akan mempunyai warna kemerahan. Letakkan lampu suluh di bawah kaca dan arahkan cahaya ke atas, sambil melihat air dari atas. Dalam kes ini, warna kemerahan air akan kelihatan lebih tepu.

Apa yang berlaku dalam eksperimen ini ialah zarah-zarah kecil susu terampai dalam air menyerakkan cahaya yang datang dari lampu suluh dengan cara yang sama seperti zarah dan molekul dalam udara menyerakkan cahaya matahari. Apabila kaca diterangi dari atas, air kelihatan kebiruan kerana fakta bahawa warna biru bertaburan ke semua arah. Apabila anda melihat secara langsung pada cahaya melalui air, cahaya dari tanglung kelihatan merah kerana beberapa sinar biru telah dibuang akibat penyebaran cahaya.

Percubaan ketiga - mencampurkan warna

Anda perlu:

pensel, gunting, kadbod putih atau sekeping kertas whatman;
pensel berwarna atau penanda, pembaris;
mug atau cawan besar dengan diameter di bahagian atas 7...10 cm atau caliper.
Cawan kertas.

Cara menjalankan eksperimen:

Jika anda tidak mempunyai caliper, gunakan mug sebagai templat untuk melukis bulatan pada sekeping kadbod dan potong bulatan itu. Dengan menggunakan pembaris, bahagikan bulatan kepada 7 sektor yang lebih kurang sama.
Warnakan tujuh sektor ini dalam warna spektrum utama - merah, oren, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Cuba cat cakera sekemas dan sekata yang mungkin.
Buat lubang di tengah cakera dan letakkan cakera pada pensel.
Buat lubang di bahagian bawah cawan kertas, diameter lubang hendaklah lebih besar sedikit daripada diameter pensel. Terbalikkan cawan dan masukkan pensel dengan cakera yang dipasang ke dalamnya supaya petunjuk pensel terletak di atas meja, laraskan kedudukan cakera pada pensel supaya cakera tidak menyentuh bahagian bawah cawan dan berada di atasnya pada ketinggian 0.5..1.5 cm.
Putar pensel dengan cepat dan lihat cakera berputar, perhatikan warnanya. Jika perlu, laraskan cakera dan pensel supaya ia boleh berputar dengan mudah.

Penjelasan tentang fenomena yang dilihat: warna dengan mana sektor pada cakera dicat adalah komponen utama warna cahaya putih. Apabila cakera berputar cukup pantas, warna kelihatan bergabung dan cakera kelihatan putih. Cuba bereksperimen dengan kombinasi warna lain.

Kita semua terbiasa dengan fakta bahawa warna langit adalah ciri yang berubah-ubah. Kabus, awan, masa hari - semuanya mempengaruhi warna kubah di atas kepala. Peralihan hariannya tidak menduduki fikiran kebanyakan orang dewasa, yang tidak boleh dikatakan tentang kanak-kanak. Mereka sentiasa tertanya-tanya mengapa langit secara fizikal berwarna biru atau apa yang menjadikan matahari terbenam merah. Mari kita cuba memahami soalan yang tidak begitu mudah ini.

Boleh tukar

Ia patut dimulakan dengan menjawab soalan tentang apa yang sebenarnya diwakili oleh langit. Di dunia purba, ia benar-benar dilihat sebagai kubah yang menutupi Bumi. Hari ini, bagaimanapun, hampir tidak ada yang tidak tahu bahawa, tidak kira betapa tingginya penjelajah yang ingin tahu, dia tidak akan dapat mencapai kubah ini. Langit bukanlah sesuatu, sebaliknya panorama yang terbuka apabila dilihat dari permukaan planet, sejenis rupa yang ditenun daripada cahaya. Lebih-lebih lagi, jika diperhatikan dari sudut yang berbeza, ia mungkin kelihatan berbeza. Jadi, dari naik di atas awan, pandangan yang sama sekali berbeza terbuka daripada dari tanah pada masa ini.

Langit yang cerah berwarna biru, tetapi sebaik sahaja awan masuk, ia menjadi kelabu, plumbum atau putih kotor. Langit malam hitam, kadang-kadang anda boleh melihat kawasan kemerahan di atasnya. Ini adalah pantulan pencahayaan buatan bandar. Sebab untuk semua perubahan tersebut adalah cahaya dan interaksinya dengan udara dan zarah pelbagai bahan di dalamnya.

Sifat warna

Untuk menjawab persoalan mengapa langit berwarna biru dari sudut fizik, kita perlu ingat apa itu warna. Ini adalah gelombang dengan panjang tertentu. Cahaya yang datang dari Matahari ke Bumi dilihat sebagai putih. Telah diketahui sejak eksperimen Newton bahawa ia adalah pancaran tujuh sinar: merah, oren, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Warna berbeza dalam panjang gelombang. Spektrum merah-oren termasuk gelombang yang paling mengagumkan dalam parameter ini. bahagian spektrum dicirikan oleh panjang gelombang pendek. Penguraian cahaya menjadi spektrum berlaku apabila ia berlanggar dengan molekul pelbagai bahan, dan sebahagian daripada gelombang boleh diserap, dan sebahagian lagi boleh berselerak.

Penyiasatan puncanya

Ramai saintis telah cuba menjelaskan mengapa langit berwarna biru dari segi fizik. Semua penyelidik berusaha untuk menemui fenomena atau proses yang menyebarkan cahaya di atmosfera planet sedemikian rupa sehingga, akibatnya, hanya cahaya biru yang sampai kepada kita. Calon pertama untuk peranan zarah tersebut ialah air. Adalah dipercayai bahawa mereka menyerap cahaya merah dan menghantar cahaya biru, dan sebagai hasilnya kita melihat langit biru. Pengiraan seterusnya, bagaimanapun, menunjukkan bahawa jumlah ozon, hablur ais dan molekul wap air di atmosfera tidak mencukupi untuk memberikan langit warna biru.

Sebabnya ialah pencemaran

Pada peringkat penyelidikan seterusnya, John Tyndall mencadangkan bahawa habuk memainkan peranan zarah yang dikehendaki. Cahaya biru mempunyai rintangan yang paling besar terhadap penyebaran, dan oleh itu dapat melalui semua lapisan habuk dan zarah terampai yang lain. Tindall menjalankan eksperimen yang mengesahkan andaiannya. Dia mencipta model asap di makmal dan meneranginya dengan cahaya putih terang. Asap itu berubah menjadi biru. Ahli sains membuat kesimpulan yang tidak jelas dari penyelidikannya: warna langit ditentukan oleh zarah debu, iaitu, jika udara Bumi bersih, maka langit di atas kepala manusia akan bersinar bukan biru, tetapi putih.

Penyelidikan Tuhan

Perkara terakhir mengenai persoalan mengapa langit berwarna biru (dari sudut pandangan fizik) dikemukakan oleh saintis Inggeris, Lord D. Rayleigh. Dia membuktikan bahawa bukan habuk atau asap yang mewarnai ruang di atas kepala kita di bawah naungan yang kita kenali. Ia berada di udara sendiri. Molekul gas menyerap kebanyakan dan terutamanya panjang gelombang terpanjang, bersamaan dengan merah. Biru hilang. Beginilah tepatnya hari ini kita menerangkan warna langit yang kita lihat dalam cuaca cerah.

Mereka yang penuh perhatian akan menyedari bahawa, mengikut logik saintis, atas kubah harus berwarna ungu, kerana warna ini mempunyai panjang gelombang terpendek dalam julat yang boleh dilihat. Walau bagaimanapun, ini bukan satu kesilapan: perkadaran ungu dalam spektrum adalah lebih kecil daripada biru, dan mata manusia lebih sensitif terhadap yang kedua. Sebenarnya, biru yang kita lihat adalah hasil percampuran biru dengan ungu dan beberapa warna lain.

Matahari terbenam dan awan

Semua orang tahu bahawa pada masa yang berbeza dalam sehari anda boleh melihat warna langit yang berbeza. Foto matahari terbenam yang indah di atas laut atau tasik adalah ilustrasi yang sempurna untuk ini. Semua jenis warna merah dan kuning digabungkan dengan biru dan biru tua menjadikan tontonan sedemikian tidak dapat dilupakan. Dan ia dijelaskan oleh penyerakan cahaya yang sama. Hakikatnya ialah semasa matahari terbenam dan subuh, pancaran matahari perlu menempuh laluan yang lebih panjang melalui atmosfera berbanding pada waktu kemuncak hari itu. Dalam kes ini, cahaya dari bahagian biru-hijau spektrum bertaburan dalam arah yang berbeza dan awan yang terletak berhampiran ufuk menjadi berwarna dalam warna merah.

Apabila langit menjadi mendung, gambar berubah sepenuhnya. tidak dapat mengatasi lapisan padat, dan kebanyakannya tidak sampai ke tanah. Sinaran yang berjaya menembusi awan bertemu dengan titisan air hujan dan awan, yang sekali lagi memesongkan cahaya. Hasil daripada semua transformasi ini, cahaya putih sampai ke bumi jika awan bersaiz kecil, dan cahaya kelabu apabila langit diliputi oleh awan mengagumkan yang menyerap sebahagian daripada sinaran untuk kali kedua.

Langit lain

Adalah menarik bahawa di planet lain sistem suria, apabila dilihat dari permukaan, anda boleh melihat langit yang sangat berbeza daripada yang ada di Bumi. Pada objek angkasa lepas yang tidak mempunyai atmosfera, sinaran matahari bebas sampai ke permukaan. Akibatnya, langit di sini hitam, tanpa sebarang naungan. Gambar ini boleh dilihat di Bulan, Utarid dan Pluto.

Langit Marikh mempunyai warna merah-oren. Sebabnya terletak pada habuk yang memenuhi atmosfera planet ini. Ia dicat dalam pelbagai warna merah dan oren. Apabila Matahari terbit di atas ufuk, langit Marikh bertukar merah jambu-merah, manakala kawasan serta-merta mengelilingi cakera kilauan kelihatan biru atau ungu.

Langit di atas Zuhal adalah warna yang sama seperti di Bumi. Langit Aquamarine terbentang di atas Uranus. Sebabnya terletak pada jerebu metana yang terletak di planet atas.

Zuhrah tersembunyi dari mata penyelidik oleh lapisan awan yang padat. Ia tidak membenarkan sinaran spektrum biru-hijau sampai ke permukaan planet, jadi langit di sini berwarna kuning-oren dengan jalur kelabu di sepanjang ufuk.

Meneroka ruang di atas kepala pada siang hari mendedahkan keajaiban yang tidak kurang daripada mengkaji langit berbintang. Memahami proses yang berlaku di awan dan di belakangnya membantu memahami sebab perkara yang agak biasa bagi orang biasa, yang, bagaimanapun, tidak semua orang dapat menjelaskan dengan segera.

Pendek kata, kemudian ... "Cahaya matahari, berinteraksi dengan molekul udara, bertaburan ke dalam warna yang berbeza. Daripada semua warna, biru adalah warna yang paling terdedah kepada penyebaran. Ternyata dia sebenarnya menawan ruang udara.”

Sekarang mari kita lihat lebih dekat

Hanya kanak-kanak yang boleh bertanya soalan-soalan mudah yang orang dewasa tidak tahu bagaimana untuk menjawab. Soalan yang paling biasa menyiksa kepala kanak-kanak ialah: "Mengapa langit biru?" Walau bagaimanapun, tidak semua ibu bapa tahu jawapan yang betul walaupun untuk diri mereka sendiri. Sains fizik dan saintis yang telah cuba menjawabnya selama ratusan tahun akan membantu anda mencarinya.

Penjelasan yang salah

Orang ramai telah mencari jawapan kepada soalan ini selama berabad-abad. Orang purba percaya bahawa warna ini adalah warna kegemaran Zeus dan Musytari. Pada satu masa, penjelasan tentang warna langit membimbangkan minda yang hebat seperti Leonardo da Vinci dan Newton. Leonardo da Vinci percaya bahawa apabila kegelapan dan cahaya bergabung antara satu sama lain, mereka membentuk warna yang lebih terang - biru. Newton mengaitkan warna biru dengan pengumpulan sejumlah besar titisan air di langit. Walau bagaimanapun, hanya pada abad ke-19 kesimpulan yang betul dicapai.

Julat

Untuk membolehkan kanak-kanak memahami penjelasan yang betul menggunakan sains fizik, dia perlu terlebih dahulu memahami bahawa pancaran cahaya adalah zarah yang terbang pada kelajuan tinggi - segmen gelombang elektromagnet. Dalam aliran cahaya, sinar panjang dan pendek bergerak bersama, dan dilihat bersama oleh mata manusia sebagai cahaya putih. Menembusi ke atmosfera melalui titisan kecil air dan debu, mereka bertaburan ke dalam semua warna spektrum (pelangi).

John William Rayleigh

Pada tahun 1871, ahli fizik British Lord Rayleigh menyedari pergantungan keamatan cahaya yang tersebar pada panjang gelombang. Penyerakan cahaya dari Matahari oleh ketidakteraturan di atmosfera menjelaskan mengapa langit berwarna biru. Menurut undang-undang Rayleigh, sinaran suria biru bertaburan jauh lebih intens daripada sinar oren dan merah, kerana ia mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek.

Udara berhampiran permukaan Bumi dan tinggi di langit terdiri daripada molekul, menyebabkan cahaya matahari bertaburan lebih jauh di udara. Ia mencapai pemerhati dari semua pihak, walaupun dari yang paling jauh. Spektrum cahaya bertaburan udara adalah ketara berbeza daripada cahaya matahari langsung. Tenaga yang pertama dialihkan ke bahagian kuning-hijau, dan yang kedua - ke biru.

Semakin sengit cahaya matahari langsung yang tersebar, semakin sejuk warna akan muncul. Penyerakan terkuat, i.e. Panjang gelombang terpendek adalah dalam warna ungu, dan panjang gelombang terpanjang adalah dalam warna merah. Oleh itu, semasa matahari terbenam, kawasan langit yang jauh darinya kelihatan biru, dan yang paling dekat dengannya kelihatan merah jambu atau merah.

Matahari terbit dan terbenam

Semasa matahari terbenam dan subuh, orang paling kerap melihat warna merah jambu dan oren di langit. Ini kerana cahaya dari Matahari bergerak sangat rendah ke permukaan bumi. Oleh kerana itu, laluan yang perlu ditempuh cahaya semasa matahari terbenam dan subuh adalah lebih panjang daripada siang hari. Oleh kerana sinaran mempunyai laluan terpanjang melalui atmosfera, kebanyakan cahaya biru bertaburan, jadi cahaya dari matahari dan awan berdekatan kelihatan kemerah-merahan atau merah jambu kepada manusia.

Mungkin setiap orang pernah menghadapi soalan mudah ini sekurang-kurangnya sekali dalam hidup mereka: Mengapa langit yang jernih tanpa awan berwarna biru atau biru? Jelas sekali, kerana udara yang kita sedut, kerana atmosfera Bumi! Udara kita mungkin "biru" atau sesuatu seperti itu. Ia hanya kelihatan telus, tetapi pada jarak yang jauh pesawat, gunung, kapal kelihatan berada dalam jerebu kebiruan... Penaakulan sedemikian tidak menyelesaikan persoalan utama: mengapa langit berwarna biru? Udara tidak dicat biru!

Jawapan ringkas dan ringkas ialah: langit berwarna biru kerana molekul udara menyerakkan warna biru matahari lebih banyak daripada merah.

Kerana udara menyebarkan cahaya biru, langit kelihatan biru dan Matahari sendiri kelihatan kuning. Lebih-lebih lagi, pada waktu matahari terbenam, apabila cahaya matahari melalui ketebalan atmosfera yang lebih besar, kita melihat matahari merah dan fajar, dicat dengan warna kuning-merah. Semua ini mungkin hanya kerana cahaya biru bertaburan oleh atmosfera dalam perjalanan ke kita.

Tetapi dari mana datangnya cahaya biru pada mulanya? Sebagai permulaan, cahaya putih dari Matahari adalah campuran semua warna pelangi, dari ungu hingga merah. Berhenti, anda berkata Adakah cahaya matahari putih? Ya, . Perkara kedua: kita sekarang bercakap tentang ringan, bukan tentang warna. Jika kita mencampurkan cat dengan warna yang berbeza, kita, sudah tentu, mendapat sesuatu yang hampir hitam.

Warna cahaya bukanlah warna mana-mana objek. Jika kita mencampurkan cahaya merah, kuning, oren, hijau, cyan, indigo dan ungu dalam jumlah yang lebih kurang sama, kita mendapat cahaya putih. Isaac Newton adalah orang pertama yang menunjukkan ini dengan menggunakan prisma untuk memisahkan warna yang berbeza dan membentuk spektrum.

Para saintis telah menemui bahawa cahaya berwarna hanyalah cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza. Bahagian spektrum yang boleh dilihat terdiri daripada cahaya merah dengan panjang gelombang kira-kira 720 nm hingga ungu dengan panjang gelombang kira-kira 380 nm, dengan oren, kuning, hijau, cyan dan biru di antaranya. Tiga jenis reseptor warna yang berbeza dalam retina mata manusia bertindak balas paling kuat terhadap panjang gelombang merah, hijau dan biru, bersama-sama memberikan kita semua pelbagai warna.

Ya, jadi apa yang dikatakan fizik tentang mengapa langit berwarna biru?

Kesan Tyndall

Membuat langkah pertama ke arah penjelasan yang betul tentang warna langit John Tyndall pada tahun 1859. Dia menemui kesan aneh: jika anda melewatkan cahaya melalui cecair lutsinar di mana zarah-zarah kecil terampai, cahaya biru akan diserakkan oleh zarah-zarah ini lebih daripada cahaya merah.

Ini boleh ditunjukkan dengan mudah. Ambil segelas air dan kacau beberapa titik susu, sedikit tepung atau sabun di dalamnya sehingga air dalam gelas menjadi keruh. Kemudian pancarkan lampu suluh melalui kaca. Anda akan melihat bahawa cahaya di dalam kaca telah menjadi kebiruan. Atau lebih tepatnya, cahaya yang masuk ke mata anda dari kaca menjadi kebiruan, iaitu, ia ditolak dan bertaburan dalam larutan!

Tetapi perkara yang paling menarik ialah itu cahaya yang keluar dari kaca, setelah kehilangan sebahagian daripada komponen birunya, tidak lagi menjadi putih, tetapi kekuningan! Jika anda mengambil bekas yang cukup lebar, maka cahaya, setelah bertaburan berkali-kali di sepanjang jalan, akhirnya akan kehilangan komponen birunya dan akan keluar dari bekas bukan lagi kuning, tetapi merah.

Kesan Tyndall melibatkan penyebaran cahaya dalam cecair keruh. Zarah dalam cecair sedemikian mesti mempunyai struktur permukaan khas - alur, jeriji, liang, sudut, saiznya setanding dengan panjang gelombang cahaya.

Terima kasih kepada kesan Tyndall, krustasea sapphirinid biru yang cantik wujud. Haiwan kecil ini, seolah-olah bercahaya dari dalam, kadang-kadang menjadi tidak kelihatan sepenuhnya kepada pemerhati (penyebaran cahaya masuk ke kawasan ultraviolet)…

Kesan Tyndall juga bertanggungjawab untuk mata biru pada manusia!

Ya, ya, mata biru tidak dicipta oleh pigmen biru sama sekali - ia tidak ada di sana - tetapi melanin, yang meresapkan cahaya dengan sewajarnya!

Beberapa tahun kemudian, kesan Tyndall dikaji secara terperinci oleh Lord Rayleigh. Sejak itu, penyerakan cahaya oleh zarah yang sangat kecil telah dipanggil Rayleigh menghambur. Rayleigh menunjukkan bahawa jumlah cahaya yang tersebar adalah berkadar songsang dengan kuasa keempat panjang gelombang untuk zarah yang cukup kecil. Ia berikutan bahawa cahaya biru pada zarah tersebut tersebar lebih daripada cahaya merah, kira-kira 10 kali: (700 nm/400 nm) 4 = 10

Habuk atau molekul?

Semua ini indah, tetapi langit kita dipenuhi dengan udara, bukan cecair, dan tidak ada kepingan sabun atau susu yang terapung di langit... Apakah jenis zarah yang menyebarkan cahaya di udara? Tyndall dan Rayleigh percaya bahawa warna biru langit mestilah disebabkan oleh zarah-zarah kecil habuk dan titisan wap air, yang terampai di atmosfera sama seperti zarah susu terampai di dalam air.

Ini adalah tanggapan yang salah, walaupun pada hari ini sesetengah orang mengatakan bahawa warna langit ditentukan oleh wap dan debu. Jika ini berlaku, maka warna langit akan berubah lebih banyak bergantung pada kelembapan atau kabus daripada yang sebenarnya. Oleh itu, saintis mengandaikan (betul!) bahawa molekul oksigen dan nitrogen adalah mencukupi untuk menjelaskan penyebaran. Ia adalah udara itu sendiri, atau sebaliknya, molekulnya menyerakkan cahaya!

Langit biru dan awan di atasnya. Udara menyerakkan cahaya mengikut serakan Rayleigh, dan zarah awan yang lebih besar selaras dengan serakan Mie. Foto: Andrei Azanfirei/Flickr.com

Persoalan itu akhirnya diselesaikan oleh Albert Einstein pada tahun 1911, yang mengira formula terperinci untuk penyerakan cahaya bergantung kepada molekul dan eksperimen selanjutnya dengan cemerlang mengesahkan pengiraannya. Mereka mengatakan bahawa Einstein bahkan dapat menggunakan pengiraannya sebagai ujian tambahan nombor Avogadro!

Mengapa langit biru dan bukan ungu?

Ngomong-ngomong, jika cahaya biru berselerak 10 kali lebih banyak daripada cahaya merah, maka gelombang ungu yang lebih pendek akan berselerak lebih daripada yang biru! Timbul persoalan: kenapa langit tak nampak ungu?

Pertama, spektrum pancaran cahaya daripada matahari tidak sama pada semua panjang gelombang - tenaga maksimum dalam spektrum suria berlaku dalam cahaya hijau. Kedua, cahaya ungu gelombang pendek diserap secara aktif di lapisan atas atmosfera (seperti ultraungu!), jadi kurang ungu daripada biru sampai ke permukaan Bumi.

Akhirnya, sebab ketiga ialah mata kita kurang sensitif kepada cahaya ungu berbanding cahaya biru.

Lengkung sensitiviti untuk tiga jenis kon di mata manusia.

Kita mempunyai tiga jenis reseptor warna, atau kon, dalam retina mata kita. Mereka dipanggil merah, biru dan hijau kerana mereka bertindak balas paling kuat kepada cahaya pada panjang gelombang ini. Tetapi sebenarnya, mereka mampu menangkap cahaya panjang gelombang lain, meliputi keseluruhan spektrum.

Apabila kita melihat ke langit, kon merah bertindak balas kepada sejumlah kecil cahaya merah yang bertaburan, tetapi juga - kurang kuat - kepada panjang gelombang oren dan kuning. Kon hijau bertindak balas kepada gelombang hijau dan hijau-biru kuning dan lebih kuat bertaburan. Akhirnya, kon biru dirangsang oleh warna pada panjang gelombang biru, yang sangat berselerak. Jika tiada biru dan ungu dalam spektrum, langit akan kelihatan biru dengan sedikit warna kehijauan. Tetapi panjang gelombang biru dan ungu yang bertaburan paling kuat juga merangsang kon merah, jadi warna ini kelihatan biru dengan warna merah tambahan. Kesan keseluruhannya ialah Apabila kita melihat ke langit, kon merah dan hijau dirangsang lebih kurang sama, dan yang biru dirangsang dengan lebih kuat. Gabungan ini akhirnya mencipta langit biru atau biru.

Matahari terbenam yang indah

Apa yang lebih indah daripada matahari terbenam yang tenang di pantai atau di padang rumput? Apabila udara cerah dan cerah, matahari terbenam akan menjadi kuning, sama seperti pancaran lampu suluh yang melintasi segelas sabun: beberapa cahaya biru akan berselerak dan warna keseluruhan Matahari akan beralih ke hujung merah spektrum.

Matahari terbenam boleh sangat berbeza dalam warna bergantung pada keadaan atmosfera. Foto: Alex Derr

Perkara lain jika udara tercemar dengan zarah kecil - asap, habuk, asap. Dalam kes ini, matahari terbenam akan menjadi oren dan juga merah. Matahari terbenam di atas laut juga boleh kelihatan oren kerana zarah garam terampai di udara, yang boleh menghasilkan kesan Tyndall. Langit di sekeliling matahari kelihatan memerah, serta cahaya yang datang terus dari matahari. Ini kerana semua cahaya tersebar dengan agak baik pada sudut kecil, tetapi kemudian cahaya biru lebih berkemungkinan bertaburan dua kali atau lebih pada jarak yang lebih besar, meninggalkan kuning, merah dan oren.

Awan, bulan biru dan jerebu biru

Awan dan jerebu debu kelihatan putih kerana ia terdiri daripada zarah dengan panjang gelombang cahaya yang lebih panjang. Zarah tersebut akan menyerakkan semua panjang gelombang secara sama rata (Serakan Mie).

Tetapi kadangkala terdapat zarah yang lebih kecil di udara. Beberapa kawasan pergunungan terkenal dengan jerebu biru. Aerosol terpene daripada tumbuh-tumbuhan bertindak balas dengan ozon di atmosfera untuk membentuk zarah halus kira-kira 200 nm diameter yang sangat baik untuk menyerakkan cahaya biru.

Jerebu biru di atas Teluk Kotor di Montenegro. Foto: Rocher/Flickr.com

Kebakaran hutan atau letusan gunung berapi kadangkala boleh mengisi atmosfera dengan zarah-zarah kecil dengan diameter 500–800 nm, yang merupakan saiz yang sesuai untuk menaburkan cahaya merah. Ini adalah bertentangan dengan kesan Tyndall biasa dan boleh menyebabkan Bulan kelihatan biru apabila cahaya merah dari Bulan diserakkan oleh zarah-zarah ini. Nyata bulan biru- kejadian yang sangat jarang berlaku!

Mengapa langit Marikh berwarna merah?

Sekarang kita telah sampai ke Marikh, langit di mana, berdasarkan gambar rover dan kenderaan turun automatik, berwarna merah, kuning berpasir, biru kelabu... Seperti apa sebenarnya?

Menurut fizik, langit Marikh sepatutnya berwarna biru. Ia dan ada biru, tetapi hanya apabila suasana di Planet Merah tenang. Bagaimanapun, angin diketahui kerap bertiup di Marikh. Walaupun hakikat bahawa atmosfera planet ini sangat jarang, angin mampu menaikkan berjuta-juta tan pasir dan habuk dan menyebabkan ribut pasir sebenar. Sesetengah ribut boleh mengaburkan hampir keseluruhan permukaan Marikh!

Selepas ribut seperti itu, zarah-zarah debu yang kaya dengan besi kekal terampai di udara untuk jangka masa yang lama. Warna habuk ini adalah merah (ini adalah karat), dan dengan itu langit di Marikh bertukar menjadi jingga kekuningan.

Nebula pantulan

Akhir sekali, mari kita lihat jauh ke angkasa lepas, di mana bintang kini dilahirkan.

Kompleks nebula Ophiuchi. Foto: Jim Misti/Steve Mazlin/Robert Gendler

Berikut adalah keseluruhan kompleks gas kosmik dan awan debu yang terletak di sempadan buruj Ophiuchus dan Scorpio. Sila ambil perhatian: beberapa awan bersinar terang dengan cahaya kemerahan, bahagian lain, sebaliknya, menyerap cahaya dan menyerupai lubang hitam. Akhir sekali, bahagian ketiga mempunyai warna kebiruan.

Ketiga-tiga jenis awan terdiri terutamanya daripada hidrogen dengan campuran kecil habuk dan molekul. Mengapa mereka kelihatan berbeza? Ini semua tentang suhu mereka. Dipanaskan oleh cahaya bintang yang terbenam di dalamnya, awan itu sendiri mula bersinar. Cahaya merah adalah sinaran hidrogen. Awan yang sangat sejuk, sebaliknya, menyerap cahaya dan oleh itu legap kepada kita. Akhirnya, awan yang sejuk tetapi terletak berhampiran dengan bintang terang kelihatan kebiruan. mereka memantulkan cahaya bintang, menyerakkannya dengan cara yang sama seperti atmosfera Bumi!

Paparan Siaran: 4,624