Почему небо голубое?

Почему небо голубое - очень трудно найти ответ на такой простой вопрос. Многие ученые ломали себе голову в поисках ответа. Наилучшее решение проблемы предложил около 100 лет назад английский физик лорд Джон Рэлей. Но начнем сначала. Солнце излучает ослепительно чистый белый свет. Значит и цвет неба должен быть таким же, но оно все таки голубое. Что же происходит с белым светом в земной атмосфере?

Белый свет - это смесь цветных лучей. С помощью призмы мы можем сделать радугу. Призма раскладывает белый луч на цветные полосы: красную, оранжевую, желтую, зеленую, голубую, синюю и фиолетовую. Соединяясь вместе, эти лучи вновь образуют белый свет. Можно предположить, что солнечный свет сначала расщепляется на цветные составляющие. Потом что-то происходит, и поверхности Земли достигают только голубые лучи.

А почему небо на закате красное? Отвечу. Красный цвет неба на закате объясняется тем, что проходя через большую толщу воздуха, синий цвет очень сильно поглощается и остается только красный. А когда солнце высоко - поглощение мало, и небо голубое. Мои слова легко проверить на опыте. Возьмите стеклянную банку с водой и лампу. Добавьте в воду несколько капель молока и перемешайте. Направьте пучок света от лампы через воду так, чтобы видеть пучок либо в рассеянном на молекулах молока свете (наблюдение под углом), либо глядя прямо на пучок через воду. Обратите внимание на синюю окраску рассеянного света (при наблюдении под углом) и на красноватый оттенок при наблюдении источника света по прямой линии через банку. Так почему же небо голубое?Есть несколько возможных объяснений. Воздух, окружающий Землю,— это смесь газов: азота, кислорода, аргона и других. В атмосфере присутствуют еще водяной пар и кристаллики льда. В воздухе взвешены пыль и другие мелкие частицы. В верхних слоях атмосферы находится слой озона. Может быть причина в этом? Не которые ученые считали, что молекулы озона и воды поглощают лучи красного цвета и пропускают голубые. Но оказалось, что в атмосфере просто не хватит озона и воды, чтобы окрасить небо в голубой цвет.

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

Рассмотрим электрон в «молекуле молока», находящийся в установившемся состоянии колебаний, под действием электрического поля бегущей электромагнитной волны, созданной источником света. Если пучок света от диполя направлен вдоль одной оси (например, z), то электрическое поле в бегущей волне имеет только x- и y-компоненты. Будем рассматривать только x-компоненту (y-компонента дает тот же результат). Далее, будем рассматривать заданный «цвет», то есть определенную частоту. x-компонента электрического поля в месте нахождения молекулы молока равна: Как Вы помните, это самое обычное уравнение бегущей волны. Представим связь электрона с ядром в молекуле молока как пружину с коэффициентом жесткости, выражаемым формулой: Пренебрежем резонансным взаимодействием, то есть будем считать, что частота внешнего воздействия далека от резонансной частоты. Физикам нетрудно вспомнить (а если трудно, не расстраивайтесь - значит вы просто нормальный человек), что в этом случае уравнение движения электрона имеет вид: В установившемся состоянии x(t) является гармоническим колебанием с определенной частотой. Поэтому: Излучение, происходящее при гармоническом колебании заряда, представляет собой излучение диполя. Поэтому полная мощность излучения определяется известным равенством: Так как собственная частота колебаний велика по сравнению с частотами видимого цвета. Поэтому в последнем уравнении можно преобразовать знаменатель - разделить на частоту и пренебречь единицей - малой величиной. Тогда получим, что интенсивность рассеянного света будет пропорциональна четвертой степени частоты внешнего воздействия или обратно пропорциональна четвертой степени длины волны.