Небо перебуває під нашою пильною увагою, навіть якщо ми цього не усвідомлюємо. Воно різне вдень і вночі, на світанку та заході сонця, у певні сезони. Усі його стани мають наукове пояснення.
Синє небо робить сонячне світло
Що таке небо? Це простір над поверхнею нашої планети, а також простір над іншими астрономічними об’єктами, що відрізняється від земного. Простіше кажучи, небо – це панорама, що відкривається при погляді з поверхні планети у бік космосу.
У звичного для землян неба блакитний колір. На нього впливає атмосфера планети Земля та світло, яке вона отримує від Сонця. Сонячне світло містить весь спектр електромагнітного випромінювання (7 кольорів) – червоні, помаранчеві, жовті, зелені, блакитні, сині та фіолетові хвилі. Разом вони зливаються у білий колір. При цьому червоні хвилі найдовші, фіолетові найкоротші.
Чому небо синє? Входячи в атмосферу Землі, сонячні промені стикаються з молекулами газів, пилом та іншими дрібними частинками. Першими від потоку світла починають відокремлюватися найдрібніші та найкоротші хвилі. Вони стикаються з частинками повітря, які їх не утримують і відбивають у різних напрямках. Як зазначає сайт NASA Space Place, найбільше відбиваються дрібні короткі хвилі фіолетового, синього, блакитного спектру. Око людини гірше сприймає фіолетовий ніж синій колір, тому ми бачимо небо блакитним.
Зі стратосфери небо здається чорним
Процеси взаємодії сонячних променів та частинок атмосфери назвали розсіюванням світла. Його вивчав британський вчений лорд Релей, на честь якого явище названо розсіюванням Релея. У 1871 році він встановив, що розсіювання світла залежить від розміру частинок повітря і довжини хвиль, що падають. На підставі своїх досліджень Релей зробив висновок, що синє світло розсіюється приблизно в 9 разів сильніше, ніж червоне, тому в небі переважає саме блакитне світло.
Довгі червоні, жовті, зелені хвилі майже не розсіюються дрібними частинками повітря. Сайт наукових курйозів Sci Jink підтверджує, що далі в атмосферу вони проходять разом і залишаються майже білими. Такими вони сприймаються оком людини, тобто ми їх практично не бачимо.
Сонячне проміння вночі не пронизує атмосферу, тому немає і розсіювання світла. Цим пояснюється те, що небо вночі чорне і на ньому добре видно Місяць та зірки.
Чим вище підніматиметься в атмосферу, тим темнішим буде виглядати небо. Зі стратосфери його бачать завжди майже чорним, тому що тут першими розсіюються найкоротші фіолетові промені. Ближче до Землі розсіюються сині, потім блакитні хвилі.
На світанку та заході сонця небо червоніє
Вранці сонце піднімається над рожевим чи майже червоним горизонтом. Увечері захід сонця теж супроводжується різними барвистими ефектами у західній частині неба. Ці явища з наукової точки зору пояснюються досить просто: колір піднебіння залежить від взаємодії атмосфери та сонячних променів.
Коли сонце високо у небі, його промені пробиваються через атмосферу планети завтовшки близько 150–160 км. Піднімаючись над обрієм, променям доводиться долати набагато більшу відстань в атмосфері, перш ніж вони дійдуть до спостерігача. До звичайної товщини атмосферного повітря додасться по прямій від горизонту ще й відстань радіусу планети, що перевищує 6 тис. км.
Сайт NASA Space Place стверджує, що на цьому довгому шляху молекули повітря багато разів перерассеивают сині хвилі світла в багатьох напрямках і їх більша частина втрачається. Залишаються довгі хвилі червоного, жовтого, оранжевого світла, що досягають очей людини. Тому він бачить гарний світанок. При подальшому русі до зеніту сонце пробиває менші шари атмосфери, і розсіювання світла забарвлює небо в блакитний колір.
Небо колись було помаранчевим
Небо над Землею не завжди було блакитним, про що повідомляє сайт найстарішого журналу географії National Geographic. У ранній період формування нашої планети, 2,5 млрд. років тому, атмосфера була токсичною. Її огортали тумани, утворені отруйними парами чадного та вуглекислого газів, метану. Метан добре відбивав довгі світлові хвилі, тож небо над молодою планетою було помаранчевим. Усі змінили бактерії, які жили за рахунок фотосинтезу і насичували атмосферу іншими газами, насамперед киснем. Атмосфера стала придатною для життя, а небо набуло блакитного кольору.
Часто на небі ми спостерігаємо то білі хмари, то сірі хмари. Хмари складаються з крапель води, які більші за молекули повітря, мають різні розміри, але завжди більші за довжину світлових хвиль — і фіолетових, і червоних. При цьому кожна крапля має свою форму і по-своєму заломлює хвилі світла. Внаслідок цього до очей людини доходить просто білий колір, а хмари з цієї причини ми бачимо білими.
Якщо хмари дуже багато, то в них збирається більше водяних крапель. При цьому вони поглинають більшу частину світу, яка до землі не доходить, а небо виглядає сірим та важким. Такий ефект спостерігається восени.
На інших планетах небо інше
У космосі немає нічого, щоб розсіювало сонячні промені. Світло Сонця проходить прямою, всі кольори його випромінювання залишаються разом, тому саме світило має яскравий білий колір. Осторонь його — чорний порожній простір. Таким виглядає й небо на тих астрономічних об’єктах, які не мають атмосфери – на Меркурії, на Місяці. Небо тут чорне, зірки завжди видно.
У атмосфері Марса багато пилу, оксидів заліза, вуглекислого газу. Вони краще розсіюють червоне світло, тому небо на цій планеті або жовто-коричневе або червонувато-рожеве. Але марсіанські світанки та заходи сонця сині та сіро-блакитні. Венера має дуже щільну атмосферу, де багато сірчаної кислоти. Небо над нею жовто-жовтогарячого кольору, на якому неможливо розрізнити навіть диск Сонця.
На газових планетах-гігантах немає щільної поверхні. Передбачається, що над Юпітером, Ураном, Нептуном небо має бути темно-блакитного кольору, а над Сатурном воно жовте.
Взаємодія частинок атмосфери та сонячних променів по-різному забарвлює небо. Люди хочуть бачити його лише чистим та мирним.
