Чому небо може стати рожевим або червоним ввечері або під час; урагани Що у мене на тарілці

Питання про колір неба, який видно із Землі, здається очевидним: синій. І все ж при огляді з космосу, наприклад з Місяця, він здається чорним. Синє забарвлення неба зумовлене наявністю атмосфери.

Однак під час заходу сонця чи погодних явищ, таких як урагани чи піщані бурі, небо може змінити колір. Під час урагану "Майкл" у жовтні 2018 року або японського тайфуну "Хагібіс" у жовтні 2019 року він набув фіолетового відтінку після проекції частинок.

Сонячне випромінювання та атмосфера

Світло - це специфічна хвиля (і частинка, оскільки вона несе енергію). Сонце випромінює випромінювання, включаючи гамму, X, УФ, видиме світло, інфрачервоне та довгохвильове світло. Видимий діапазон становить від 400 нм до 700 нм по довжині хвилі.

Земна атмосфера - це шар газів, температура та склад яких змінюється залежно від висоти. Ця атмосфера складається з невидимих неозброєним оком молекул: кисню O2, азоту N2, вуглекислого газу CO2, водяної пари H2O ... Атмосфера складається з азоту (78%), кисню (21%), аргону та інших атомів ... Ці молекули менше довжин хвиль сонячного світла. Вони змушують сонячні промені дифузувати.

Чому небо блакитне ?

Небо здається блакитним через розсіювання сонячного світла. Релеєве розсіювання відбувається, коли розмір частинок або молекул значно менший за довжину хвилі випромінювання. У 1871 році 29-річний лорд Релі продемонстрував, що розсіяна інтенсивність тоді була обернено пропорційна 4-й потужності довжини хвилі падаючого випромінювання. Отже, релеєвське розсіяння є селективним явищем, яке відбувається переважно для найкоротших довжин хвиль спектра (фіолетовий, синій). Ці коротші довжини хвиль (синій, фіолетовий) світла розсіюються більше, ніж довші хвилі (червоний, оранжевий). Релеєве розсіяння справедливо лише для розсіювання світла молекулами приблизно до однієї десятої довжини хвилі падаючого світла. Окрім цього звіту, ми маємо справу з теорією Мі: розсіяння Мі - це розсіювання частинками, радіус яких коливається від 0,1 до 10 разів довжини хвилі.

Коли світить сонце, більшість кольорів світла (червоний, оранжевий, жовтий, зелений) досягають поверхні, але короткохвильові вогні (синій, фіолетовий) розсіюються в атмосферу в усіх напрямках. І ці розсіяні хвилі підстрибують, поки не досягнуть наших очей (блакитних та фіолетових). Небо має виглядати фіолетовим, оскільки фіолетовий має коротшу довжину хвилі, ніж синій, тому воно більш розсіяне. Однак наші очі більш чутливі до синього, ніж фіолетового, саме тому небо виглядає блакитним.

Захід сонця

Коли сонце заходить, сонячні промені проходять більшу відстань і проходять через більш товстий шар атмосфери. Сонячне світло скидає Землю на горизонті. Короткі довжини хвиль (сині, фіолетові, зелені) розсіюються за течією поза полем зору і залишають лише найдовші довжини хвиль (червону, оранжеву, жовту). Існує 3 фази сутінків:

цивільний сутінок, коли сонце знаходиться між 0 ° і 6 ° нижче горизонту. З’являються найяскравіші зірки. Кольори неба швидко змінюються від оранжевого до червоного до рожевого
морські сутінки (так звана блакитна година), коли сонце знаходиться між 6 ° і 12 ° нижче горизонту. Небо стає майже чорним, але там все ще сизий блиск там, де зайшло сонце
астрономічні сутінки, небо зовсім чорне

Небо рожеве під час ураганів або жовте під час піщаних бур

Що відбувається тепер, коли пил і туман, що потрапляють у повітря, потрапляють у поле зору? Типові краплі забруднення, такі як міст у міському смогу або літній серпанок, мають діаметр від 0,5 до 1 мкм у діаметрі. Частинки такого розміру не є добрими дифузорами Релея, оскільки їх розмір порівнянний з довжиною хвилі видимого світла.

Туманне небо вдень замість яскраво-блакитного кольору виглядає сіруватим або навіть білим. Так само яскраві апельсини та червоні "чистих" заходів сонця поступаються місцем блідо-жовтим і рожевим, оскільки пил і серпанок заповнюють повітря.

У випадку з циклонами частинки проектуються в атмосферу і перешкоджають нормальному розсіюванню світла. Небо під час заходу сонця може стати рожевим/фіолетовим. Потрібно кілька умов: повітря перенасичене вологістю (вище точки роси), сонце заходить, а циклон повертає хмари на низьку висоту. Блакитне світло розсіюється вниз по хмарах і виробляє відлуння, змішане з червоним світлом заходу сонця, яке його освітлює. Це надає бузковий відтінок.

У разі піщаної бурі небо може придбати жовтуватий відтінок. На цій фотографії нижче Буря Офелія принесла частинки піску з Сахари, завислі в атмосфері.

Щоб слідкувати за іншими новинами в блозі або дізнатись більше про суперечки щодо їжі, здоров'я та навколишнього середовища, трохи подобається або в Twitter: Підпишіться на @T_Fiolet

Борен, К.Ф., Фрейзер, А.Б. (1985). Кольори неба. Вчитель фізики, 23 (5), 267–272. doi: 10.1119/1.2341808

Hulburt, E. O. (1953). Пояснення яскравості та кольору неба, зокрема Сутінкового неба. Журнал оптичного товариства Америки, 43 (2), 113. doi: 10.1364/josa.43.000113