Pomimo postępu naukowego i swobodnego dostępu do wielu źródeł informacji, rzadko zdarza się, aby człowiek potrafił poprawnie odpowiedzieć na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie.
Dlaczego niebo jest niebieskie lub błękitne w ciągu dnia?
Białe światło – czyli to, co emituje Słońce – składa się z siedmiu części spektrum kolorów: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego, indygo i fioletu. Znany ze szkoły wierszyk „Każdy myśliwy chce wiedzieć, gdzie siedzi bażant” – precyzyjnie określa kolory tego widma na podstawie pierwszych liter każdego słowa. Każdy kolor ma swoją własną długość fali światła: czerwony jest najdłuższy, a fioletowy najkrótszy.
Znane nam niebo (atmosfera) składa się ze stałych mikrocząstek, maleńkich kropelek wody i cząsteczek gazu. Przez długi czas istniało kilka błędnych założeń próbujących wyjaśnić, dlaczego niebo jest niebieskie:
- atmosfera, składająca się z drobnych cząstek wody i cząsteczek różnych gazów, pozwala dobrze przenikać promieniom widma niebieskiego i nie pozwala promieniom widma czerwonego dotykać Ziemi;
- Małe cząstki stałe - np. pył - zawieszone w powietrzu w najmniejszym stopniu rozpraszają fale o długości niebieskiej i fioletowej i dzięki temu docierają do powierzchni Ziemi, w przeciwieństwie do innych barw widma.
Hipotezy te potwierdziło wielu znanych naukowców, jednak badania angielskiego fizyka Johna Rayleigha wykazały, że cząstki stałe nie są główną przyczyną rozpraszania światła. To cząsteczki gazów w atmosferze rozdzielają światło na składniki koloru. Biały promień światła słonecznego zderzając się z cząsteczką gazu na niebie, rozprasza się (rozprasza) w różnych kierunkach.
Kiedy zderza się z cząsteczką gazu, każdy z siedmiu kolorowych składników białego światła ulega rozproszeniu. Jednocześnie światło o falach dłuższych (czerwony składnik widma, który obejmuje również kolor pomarańczowy i żółty) jest rozpraszane słabiej niż światło o falach krótkich (niebieski składnik widma). Z tego powodu po rozproszeniu w powietrzu pozostaje osiem razy więcej kolorów widma niebieskiego niż czerwonego.
Chociaż fiolet ma najkrótszą długość fali, niebo nadal wydaje się niebieskie ze względu na mieszaninę fal fioletowych i zielonych. Ponadto nasze oczy postrzegają kolor niebieski lepiej niż fiolet, biorąc pod uwagę tę samą jasność obu. To właśnie te fakty determinują kolorystykę nieba: atmosfera jest dosłownie wypełniona promieniami niebiesko-niebieskiego koloru.
Dlaczego więc zachód słońca jest czerwony?
Jednak niebo nie zawsze jest niebieskie. Naturalnie pojawia się pytanie: jeśli przez cały dzień widzimy błękitne niebo, dlaczego zachód słońca jest czerwony? Dowiedzieliśmy się powyżej, że kolor czerwony jest najmniej rozpraszany przez cząsteczki gazu. Podczas zachodu słońca Słońce zbliża się do horyzontu, a promień słońca skierowany jest w stronę powierzchni Ziemi nie pionowo, jak za dnia, ale pod kątem.
Dlatego droga, jaką pokonuje przez atmosferę, jest znacznie dłuższa niż ta, którą pokonuje w ciągu dnia, gdy Słońce jest wysoko. Z tego powodu niebiesko-niebieskie widmo jest pochłaniane przez grubą warstwę atmosfery, nie docierając do Ziemi. A dłuższe fale świetlne o widmie czerwono-żółtym docierają do powierzchni Ziemi, barwiąc niebo i chmury na charakterystyczne dla zachodu słońca czerwono-żółte kolory.
Dlaczego chmury są białe?
Poruszmy temat chmur. Dlaczego na błękitnym niebie są białe chmury? Najpierw przypomnijmy sobie, jak powstają. Wilgotne powietrze zawierające niewidzialną parę, ogrzane przy powierzchni ziemi, unosi się i rozszerza, ponieważ na górze ciśnienie powietrza jest mniejsze. Gdy powietrze się rozszerza, ochładza się. Kiedy para wodna osiąga określoną temperaturę, skrapla się wokół pyłu atmosferycznego i innych zawieszonych ciał stałych, tworząc maleńkie kropelki wody, które łączą się, tworząc chmurę.
Pomimo stosunkowo niewielkich rozmiarów cząsteczki wody są znacznie większe niż cząsteczki gazu. A jeśli promienie słoneczne zostaną rozproszone podczas spotkania z cząsteczkami powietrza, to gdy spotkają się z kropelkami wody, światło zostanie od nich odbite. W tym przypadku początkowo biały promień światła słonecznego nie zmienia swojej barwy, a jednocześnie „barwi” cząsteczki chmur na biało.
Kiedy wiatr rzuca na piękne błękitne niebo białą, puszystą, przezroczystą pelerynę, ludzie coraz częściej zaczynają patrzeć w górę. Jeśli jednocześnie założy duże szare futro ze srebrnymi nitkami deszczu, wówczas otaczający go ludzie chowają się przed nim pod parasolami. Jeśli strój jest ciemnofioletowy, wszyscy siedzą w domu i chcą zobaczyć słoneczne, błękitne niebo.
I dopiero gdy pojawia się długo wyczekiwane słoneczne błękitne niebo, które przywdziewa olśniewającą niebieską suknię ozdobioną złotymi promieniami słońca, ludzie się radują - i z uśmiechem opuszczają swoje domy w oczekiwaniu na dobrą pogodę.
Pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie, niepokoi ludzkie umysły od niepamiętnych czasów. Greckie legendy znalazły odpowiedź. Twierdzili, że taki odcień nadał mu najczystszy kryształ górski.
W czasach Leonarda da Vinci i Goethego szukali także odpowiedzi na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie. Wierzyli, że błękit nieba uzyskuje się przez zmieszanie światła z ciemnością. Ale później tę teorię odrzucono jako nie do utrzymania, ponieważ okazało się, że łącząc te kolory, można uzyskać tylko odcienie szarego widma, ale nie kolor.
Odpowiedź na pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie, po pewnym czasie próbowali wyjaśnić w XVIII wieku Marriott, Bouguer i Euler. Wierzyli, że jest to naturalny kolor cząsteczek tworzących powietrze. Teoria ta była popularna już na początku następnego stulecia, zwłaszcza gdy odkryto, że ciekły tlen jest niebieski, a ciekły ozon jest niebieski.
Saussure jako pierwszy wpadł na mniej lub bardziej rozsądny pomysł, który sugerował, że gdyby powietrze było całkowicie czyste, pozbawione zanieczyszczeń, niebo okazałoby się czarne. Ale ponieważ atmosfera zawiera różne pierwiastki (na przykład krople pary lub wody), odbijając kolor, nadają niebu pożądany odcień.
Potem naukowcy zaczęli być coraz bliżej prawdy. Arago odkrył polaryzację, jedną z cech rozproszonego światła odbijającego się od nieba. Fizyka zdecydowanie pomogła naukowcowi w tym odkryciu. Później inni badacze zaczęli szukać odpowiedzi. Jednocześnie pytanie, dlaczego niebo jest niebieskie, było tak interesujące dla naukowców, że aby się tego dowiedzieć, przeprowadzono ogromną liczbę różnych eksperymentów, co doprowadziło do wniosku, że głównym powodem pojawienia się niebieskiego koloru jest że promienie naszego Słońca są po prostu rozproszone w atmosferze.
Wyjaśnienie
Pierwszym, który stworzył matematyczną odpowiedź na rozpraszanie światła molekularnego, był brytyjski badacz Rayleigh. Postawił hipotezę, że światło jest rozpraszane nie z powodu zanieczyszczeń w atmosferze, ale z powodu samych cząsteczek powietrza. Jego teoria została rozwinięta - i do takiego wniosku doszli naukowcy.
Promienie słoneczne docierają do Ziemi poprzez jej atmosferę (grubą warstwę powietrza), tzw. powłokę powietrzną planety. Ciemne niebo jest całkowicie wypełnione powietrzem, które pomimo tego, że jest całkowicie przezroczyste, nie jest puste, ale składa się z cząsteczek gazu - azotu (78%) i tlenu (21%), a także kropelek wody, pary, kryształki lodu i małe kawałki materiału stałego (na przykład cząsteczki kurzu, sadzy, popiołu, soli morskiej itp.).
Niektórym promieniom udaje się swobodnie przechodzić między cząsteczkami gazu, całkowicie je omijając, i dlatego docierają do powierzchni naszej planety bez zmian, ale większość promieni zderza się z cząsteczkami gazu, które ulegają wzbudzeniu, otrzymują energię i całkowicie uwalniają wielokolorowe promienie w różnych kierunkach kolorując niebo, dzięki czemu widzimy słoneczne, błękitne niebo.
Samo białe światło składa się ze wszystkich kolorów tęczy, które często można zobaczyć, gdy zostanie podzielone na części składowe. Tak się składa, że cząsteczki powietrza najbardziej rozpraszają kolory niebieski i fioletowy, ponieważ stanowią one najkrótszą część widma, ponieważ mają najkrótszą długość fali.
Kiedy kolory niebieski i fioletowy zmieszają się w atmosferze z niewielką ilością czerwieni, żółci i zieleni, niebo zaczyna „świecić” na niebiesko.
Ponieważ atmosfera naszej planety nie jest jednorodna, ale raczej odmienna (przy powierzchni Ziemi jest gęstsza niż powyżej), ma inną strukturę i właściwości, możemy zaobserwować niebieskie odcienie. Przed zachodem lub wschodem słońca, kiedy długość promieni słonecznych znacznie wzrasta, kolory niebieski i fioletowy są rozproszone w atmosferze i absolutnie nie docierają do powierzchni naszej planety. Z powodzeniem docierają żółto-czerwone fale, które obserwujemy na niebie w tym okresie.
W nocy, gdy promienie słoneczne nie mogą dotrzeć w określoną stronę planety, atmosfera staje się przezroczysta i widzimy „czarną” przestrzeń. Dokładnie tak widzą to astronauci nad atmosferą. Warto dodać, że astronauci mieli szczęście, bo gdy znajdą się ponad 15 km nad powierzchnią Ziemi, w ciągu dnia mogą jednocześnie obserwować Słońce i gwiazdy.
Kolor nieba na innych planetach
Ponieważ kolor nieba w dużej mierze zależy od atmosfery, nic dziwnego, że na różnych planetach ma różne kolory. Co ciekawe, atmosfera Saturna ma ten sam kolor co atmosfera naszej planety.
Niebo Urana ma bardzo piękny, seledynowy kolor. Jego atmosfera składa się głównie z helu i wodoru. Zawiera także metan, który całkowicie pochłania kolor czerwony, a rozprasza kolory zielony i niebieski. Niebo Neptuna jest niebieskie: w atmosferze tej planety nie ma tak dużo helu i wodoru jak nasze, ale jest dużo metanu, który neutralizuje czerwone światło.
Atmosfera na Księżycu, satelicie Ziemi, a także na Merkurym i Plutonie jest całkowicie nieobecna, dlatego promienie świetlne nie odbijają się, więc niebo tutaj jest czarne, a gwiazdy można łatwo rozróżnić. Niebieskie i zielone kolory promieni słonecznych są całkowicie pochłaniane przez atmosferę Wenus, a gdy Słońce znajduje się blisko horyzontu, niebo staje się żółte.
W pogodny, słoneczny dzień niebo nad nami wygląda na jasnoniebieskie. Wieczorem zachód słońca zabarwia niebo na czerwono, różowo i pomarańczowo. Dlaczego więc niebo jest niebieskie i co sprawia, że zachód słońca jest czerwony?
Jakiego koloru jest słońce?
Oczywiście, że słońce jest żółte! Odpowiedzą wszyscy mieszkańcy ziemi, a mieszkańcy Księżyca nie będą się z nimi zgadzać.
Z Ziemi Słońce wydaje się żółte. Ale w kosmosie lub na Księżycu Słońce wydawałoby się nam białe. W kosmosie nie ma atmosfery, która rozpraszałaby światło słoneczne.
Na Ziemi niektóre krótkie fale światła słonecznego (niebieski i fioletowy) są pochłaniane przez rozpraszanie. Pozostała część widma jest żółta.
A w kosmosie niebo wygląda na ciemne lub czarne, a nie niebieskie. Jest to efekt braku atmosfery, dlatego światło nie jest w żaden sposób rozpraszane.
Ale jeśli zapytasz o kolor słońca wieczorem. Czasami odpowiedzią jest to, że słońce jest CZERWONE. Ale dlaczego?
Dlaczego słońce jest czerwone o zachodzie słońca?
Gdy Słońce zbliża się do zachodu słońca, światło słoneczne musi pokonać większą odległość w atmosferze, aby dotrzeć do obserwatora. Mniej bezpośredniego światła dociera do naszych oczu, a Słońce wydaje się mniej jasne.
Ponieważ światło słoneczne musi pokonywać większe odległości, następuje większe rozproszenie. Czerwona część widma światła słonecznego przechodzi przez powietrze lepiej niż część niebieska. I widzimy czerwone słońce. Im niżej Słońce schodzi nad horyzont, tym większe jest zwiewne „szkło powiększające”, przez które je widzimy, i tym jest bardziej czerwone.
Z tego samego powodu Słońce wydaje nam się mieć znacznie większą średnicę niż w ciągu dnia: warstwa powietrza pełni rolę szkła powiększającego dla ziemskiego obserwatora.
Niebo wokół zachodzącego słońca może mieć różne kolory. Niebo jest najpiękniejsze, gdy w powietrzu znajduje się wiele drobnych cząstek pyłu lub wody. Cząsteczki te odbijają światło we wszystkich kierunkach. W tym przypadku rozpraszane są krótsze fale świetlne. Obserwator widzi promienie światła o większej długości fali, dlatego niebo wydaje się czerwone, różowe lub pomarańczowe.
Światło widzialne to rodzaj energii, która może przemieszczać się w przestrzeni. Światło słoneczne lub żarówka wydaje się białe, chociaż w rzeczywistości jest to mieszanina wszystkich kolorów. Podstawowe kolory tworzące biel to czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Kolory te nieustannie przechodzą w siebie, dlatego oprócz kolorów podstawowych istnieje także ogromna liczba różnorodnych odcieni. Wszystkie te kolory i odcienie można zaobserwować na niebie w postaci tęczy, która pojawia się w obszarze o dużej wilgotności.
Powietrze wypełniające całe niebo jest mieszaniną maleńkich cząsteczek gazu i małych cząstek stałych, takich jak pył.
Promienie słoneczne docierające z kosmosu zaczynają się rozpraszać pod wpływem gazów atmosferycznych, a proces ten przebiega zgodnie z prawem rozpraszania Rayleigha. Gdy światło przemieszcza się przez atmosferę, większość długich fal widma optycznego przechodzi przez nią w niezmienionej postaci. Tylko niewielka część kolorów czerwonego, pomarańczowego i żółtego wchodzi w interakcję z powietrzem, zderzając się z cząsteczkami i kurzem.
Kiedy światło zderza się z cząsteczkami gazu, może odbijać się w różnych kierunkach. Niektóre kolory, takie jak czerwony i pomarańczowy, docierają do obserwatora bezpośrednio, przechodząc bezpośrednio przez powietrze. Jednak większość niebieskiego światła odbija się od cząsteczek powietrza we wszystkich kierunkach. To rozprasza niebieskie światło po całym niebie i sprawia, że wydaje się ono niebieskie.
Jednak wiele krótszych długości fal światła jest absorbowanych przez cząsteczki gazu. Po wchłonięciu niebieski kolor jest emitowany we wszystkich kierunkach. Jest rozproszony po całym niebie. Bez względu na to, w którą stronę spojrzysz, część tego rozproszonego niebieskiego światła dociera do obserwatora. Ponieważ niebieskie światło jest widoczne wszędzie nad głową, niebo wydaje się niebieskie.
Jeśli spojrzysz w stronę horyzontu, niebo będzie miało bledszy odcień. Dzieje się tak w wyniku pokonywania przez światło większej odległości przez atmosferę, aby dotrzeć do obserwatora. Rozproszone światło jest ponownie rozpraszane przez atmosferę i mniej niebieskiego światła dociera do oczu obserwatora. Dlatego kolor nieba w pobliżu horyzontu wydaje się jaśniejszy lub nawet całkowicie biały.
Dlaczego kosmos jest czarny?
W przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza. Ponieważ nie ma przeszkód, od których światło mogłoby zostać odbite, światło przemieszcza się bezpośrednio. Promienie światła nie są rozproszone, a „niebo” wydaje się ciemne i czarne.
Atmosfera.
Atmosfera jest mieszaniną gazów i innych substancji otaczających Ziemię w postaci cienkiej, przeważnie przezroczystej powłoki. Atmosfera utrzymywana jest w miejscu dzięki grawitacji Ziemi. Głównymi składnikami atmosfery są azot (78,09%), tlen (20,95%), argon (0,93%) i dwutlenek węgla (0,03%). Atmosfera zawiera także niewielkie ilości wody (w różnych miejscach jej stężenie waha się od 0% do 4%), cząstek stałych, gazów neonowych, helu, metanu, wodoru, kryptonu, ozonu i ksenonu. Nauka badająca atmosferę nazywa się meteorologią.
Życie na Ziemi nie byłoby możliwe bez atmosfery, która dostarcza tlen niezbędny do oddychania. Ponadto atmosfera pełni jeszcze jedną ważną funkcję - wyrównuje temperaturę na całej planecie. Gdyby nie było atmosfery, w niektórych miejscach na planecie panowałby skwierczący upał, a w innych ekstremalnie zimno, a zakres temperatur mógłby wahać się od -170°C w nocy do +120°C w dzień. Atmosfera chroni nas również przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym i kosmicznym, pochłaniając je i rozpraszając.
Struktura atmosfery
Atmosfera składa się z różnych warstw, podział na te warstwy następuje ze względu na ich temperaturę, skład molekularny i właściwości elektryczne. Warstwy te nie mają jasno określonych granic, zmieniają się sezonowo, a ponadto zmieniają się ich parametry na różnych szerokościach geograficznych.
Homosfera
- Dolne 100 km obejmuje troposferę, stratosferę i mezopauzę.
- Stanowi 99% masy atmosfery.
- Cząsteczki nie są rozdzielane na podstawie masy cząsteczkowej.
- Skład jest dość jednorodny, z wyjątkiem kilku niewielkich lokalnych anomalii. Jednorodność jest utrzymywana poprzez ciągłe mieszanie, turbulencje i turbulentną dyfuzję.
- Woda jest jednym z dwóch składników, które są nierównomiernie rozmieszczone. Gdy para wodna unosi się, ochładza się i skrapla, a następnie wraca na ziemię w postaci opadów - śniegu i deszczu. Sama stratosfera jest bardzo sucha.
- Ozon to kolejna cząsteczka, której rozkład jest nierównomierny. (Przeczytaj poniżej o warstwie ozonowej w stratosferze.)
Heterosfera
- Rozciąga się ponad homosferą i obejmuje termosferę i egzosferę.
- Rozdział cząsteczek w tej warstwie opiera się na ich masach cząsteczkowych. Cięższe cząsteczki, takie jak azot i tlen, gromadzą się na dnie warstwy. W górnej części heterosfery przeważają lżejsze, hel i wodór.
Podział atmosfery na warstwy w zależności od ich właściwości elektrycznych.
Neutralna atmosfera
- Poniżej 100 km.
Jonosfera
- Około ponad 100 km.
- Zawiera naładowane elektrycznie cząstki (jony) powstające w wyniku absorpcji światła ultrafioletowego
- Stopień jonizacji zmienia się wraz z wysokością.
- Różne warstwy odbijają długie i krótkie fale radiowe. Dzięki temu sygnały radiowe poruszające się w linii prostej zaginają się wokół kulistej powierzchni ziemi.
- W tych warstwach atmosfery występują zorze polarne.
- Magnetosfera to górna część jonosfery, rozciągająca się na wysokość około 70 000 km. Wysokość ta zależy od intensywności wiatru słonecznego. Magnetosfera chroni nas przed wysokoenergetycznymi naładowanymi cząsteczkami pochodzącymi z wiatru słonecznego, utrzymując je w ziemskim polu magnetycznym.
Podział atmosfery na warstwy w zależności od ich temperatury
Wysokość górnej krawędzi troposfera zależy od pór roku i szerokości geograficznej. Rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości około 16 km na równiku i do wysokości 9 km na biegunie północnym i południowym.
- Przedrostek „tropo” oznacza zmianę. Zmiany parametrów troposfery zachodzą pod wpływem warunków pogodowych - na przykład w wyniku ruchu frontów atmosferycznych.
- Wraz ze wzrostem wysokości temperatura spada. Ciepłe powietrze unosi się, następnie ochładza i opada z powrotem na Ziemię. Proces ten nazywa się konwekcją, zachodzi w wyniku ruchu mas powietrza. Wiatry w tej warstwie wieją przeważnie pionowo.
- Ta warstwa zawiera więcej cząsteczek niż wszystkie inne warstwy razem wzięte.
Stratosfera- rozciąga się od około 11 km do 50 km wysokości.
- Ma bardzo cienką warstwę powietrza.
- Przedrostek „strato” odnosi się do warstw lub podziału na warstwy.
- Dolna część stratosfery jest dość spokojna. Samoloty odrzutowe często latają w niższą stratosferę, aby uniknąć złej pogody w troposferze.
- Na szczycie stratosfery występują silne wiatry zwane strumieniami strumieniowymi występującymi na dużych wysokościach. Wieją poziomo z prędkością dochodzącą do 480 km/h.
- Stratosfera zawiera „warstwę ozonową”, położoną na wysokości od około 12 do 50 km (w zależności od szerokości geograficznej). Choć stężenie ozonu w tej warstwie wynosi zaledwie 8 ml/m 3, bardzo skutecznie pochłania on szkodliwe promienie ultrafioletowe ze słońca, chroniąc w ten sposób życie na ziemi. Cząsteczka ozonu składa się z trzech atomów tlenu. Cząsteczki tlenu, którymi oddychamy, zawierają dwa atomy tlenu.
- Stratosfera jest bardzo zimna, z temperaturą na dnie około -55°C i rosnącą wraz z wysokością. Wzrost temperatury wynika z absorpcji promieni ultrafioletowych przez tlen i ozon.
Mezosfera- rozciąga się na wysokość około 100 km.
Jedną z cech charakterystycznych człowieka jest ciekawość. Pewnie każdy, będąc dzieckiem, patrzył w niebo i zastanawiał się: „dlaczego niebo jest niebieskie?” Jak się okazuje, odpowiedzi na tak pozornie proste pytania wymagają pewnej wiedzy z zakresu fizyki, dlatego nie każdy rodzic będzie w stanie poprawnie wyjaśnić swojemu dziecku przyczynę tego zjawiska.
Rozważmy tę kwestię z naukowego punktu widzenia.
Zakres długości fal promieniowania elektromagnetycznego obejmuje niemal całe spektrum promieniowania elektromagnetycznego, do którego zalicza się także promieniowanie widzialne dla człowieka. Poniższy rysunek przedstawia zależność natężenia promieniowania słonecznego od długości fali tego promieniowania.
Analizując ten obraz, możemy zauważyć, że promieniowanie widzialne reprezentowane jest również przez nierównomierne natężenie dla promieniowania o różnych długościach fal. Zatem kolor fioletowy ma stosunkowo niewielki udział w promieniowaniu widzialnym, a największy udział mają kolory niebieski i zielony.
Dlaczego niebo jest niebieskie?
Przede wszystkim to pytanie wynika z faktu, że powietrze jest gazem bezbarwnym i nie powinno emitować niebieskiego światła. Oczywiście przyczyną takiego promieniowania jest nasza gwiazda.
Jak wiadomo, światło białe jest w rzeczywistości kombinacją promieniowania wszystkich kolorów widma widzialnego. Za pomocą pryzmatu światło można wyraźnie rozdzielić na pełną gamę barw. Podobny efekt występuje na niebie po deszczu i tworzy tęczę. Kiedy światło słoneczne przedostaje się do atmosfery ziemskiej, zaczyna się rozpraszać, tj. promieniowanie zmienia swój kierunek. Jednak specyfika składu powietrza jest taka, że kiedy światło do niego dociera, promieniowanie o krótkiej długości fali jest rozpraszane silniej niż promieniowanie długofalowe. Zatem biorąc pod uwagę przedstawione wcześniej widmo, widać, że światło czerwone i pomarańczowe praktycznie nie zmieni swojej trajektorii podczas przejścia przez powietrze, natomiast promieniowanie fioletowe i niebieskie zauważalnie zmienią swój kierunek. Z tego powodu w powietrzu pojawia się pewne „wędrujące” światło krótkofalowe, które jest stale rozproszone w tym środowisku. W wyniku opisanego zjawiska promieniowanie krótkofalowe w widmie widzialnym (fiolet, cyjan, błękit) wydaje się być emitowane z każdego punktu na niebie.
Dobrze znanym faktem percepcji promieniowania jest to, że ludzkie oko może wychwycić i zobaczyć promieniowanie tylko wtedy, gdy dostanie się ono bezpośrednio do oka. Następnie, patrząc w niebo, najprawdopodobniej zobaczysz odcienie tego promieniowania widzialnego, którego długość fali jest najkrótsza, ponieważ to właśnie to promieniowanie najlepiej rozprasza się w powietrzu.
Dlaczego patrząc na Słońce nie widzisz wyraźnie czerwonego koloru? Po pierwsze, jest mało prawdopodobne, że dana osoba będzie w stanie dokładnie zbadać Słońce, ponieważ intensywne promieniowanie może uszkodzić narząd wzroku. Po drugie, pomimo istnienia takiego zjawiska jak rozpraszanie światła w powietrzu, większość światła emitowanego przez Słońce dociera do powierzchni Ziemi bez rozproszenia. Dlatego wszystkie kolory widzialnego widma promieniowania są łączone, tworząc światło o wyraźniejszej białej barwie.
Wróćmy do światła rozproszonego w powietrzu, którego kolor, jak już ustaliliśmy, powinien mieć najkrótszą długość fali. Spośród promieniowania widzialnego najkrótszą długość fali ma fiolet, następnie niebieski, a niebieski ma nieco dłuższą długość fali. Biorąc pod uwagę nierównomierne natężenie promieniowania słonecznego, staje się jasne, że udział koloru fioletowego jest znikomy. Dlatego też największy udział w promieniowaniu rozproszonym w powietrzu ma kolor niebieski, a następnie niebieski.
Dlaczego zachód słońca jest czerwony?
W przypadku, gdy Słońce chowa się za horyzontem, możemy zaobserwować to samo promieniowanie długofalowe o czerwono-pomarańczowej barwie. W tym przypadku światło słoneczne musi pokonać zauważalnie większą odległość w atmosferze ziemskiej, zanim dotrze do oka obserwatora. W punkcie, w którym promieniowanie słoneczne zaczyna oddziaływać z atmosferą, kolory niebieski i niebieski są najbardziej widoczne. Jednak wraz z odległością promieniowanie krótkofalowe traci swoją intensywność, ponieważ jest znacznie rozproszone po drodze. Natomiast promieniowanie długofalowe doskonale radzi sobie z pokryciem tak dużych odległości. Dlatego Słońce o zachodzie słońca jest czerwone.
Jak wspomniano wcześniej, chociaż promieniowanie długofalowe jest słabo rozproszone w powietrzu, rozpraszanie nadal ma miejsce. Dlatego też będąc na horyzoncie, Słońce emituje światło, z którego do obserwatora dociera jedynie promieniowanie o odcieniach czerwono-pomarańczowych, które ma trochę czasu na rozproszenie się w atmosferze, tworząc wspomniane wcześniej „wędrujące” światło. Ten ostatni barwi niebo w różnorodnych odcieniach czerwieni i pomarańczy.
Dlaczego chmury są białe?
Skoro o chmurach mowa, wiemy, że składają się one z mikroskopijnych kropelek cieczy, które rozpraszają światło widzialne niemal równomiernie, niezależnie od długości fali promieniowania. Następnie rozproszone światło, skierowane od kropli we wszystkich kierunkach, jest ponownie rozpraszane na inne kropelki. W tym przypadku zachowana jest kombinacja promieniowania wszystkich długości fal, a chmury „świecą” (odbijają się) na biało.
Jeśli pogoda jest pochmurna, do powierzchni Ziemi dociera niewielka ilość promieniowania słonecznego. W przypadku dużych chmur lub ich dużej liczby część światła słonecznego zostaje pochłonięta, co powoduje przyciemnienie nieba i przybranie szarego koloru.