Ինչու է երկինքը կապույտ: Ինչու է երկինքը կապույտ. ինչպես բացատրել երեխային և մեծահասակին: Երկինքը կապույտ է, ինչու՞ է այդպես։

Երբևէ մտածե՞լ եք, թե ինչու է երկինքը կապույտ:

Պատասխանը կայանում է նրանում, թե ինչպես է այն փոխազդում արևի լույսի հետ Երկրի մթնոլորտի հետ:

Արևի լույսը սպիտակ է թվում դեղնավուն երանգով, բայց իրականում այն ​​կազմված է ծիածանի բոլոր գույներից: Երբ լույսն անցնում է մեր մթնոլորտով, այն ցրվում է բոլոր ուղղություններով օդի գազերի և մասնիկների միջոցով: Կապույտ լույսն ավելի շատ է ցրվում, քան մյուս գույները, քանի որ այն ավելի կարճ ալիքի երկարություն ունի: Ահա թե ինչու մենք շատ ժամանակ տեսնում ենք կապույտ երկինքը:

Լույսը էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ձև է, այսինքն՝ ալիք է։

Վերևի դիագրամը ցույց է տալիս լույսի ալիքի երկարությունը: Կապույտ գծերը ցույց են տալիս էլեկտրական դաշտի ուժը: Ալիքի երկարությունը հեռավորությունն է հաջորդական գագաթների միջև, որոնք նշված են գծապատկերում A պիտակավորված կամ հաջորդական հովիտներ, որոնք գծապատկերում նշված են B: Ալիքի երկարություններն այնքան կարճ են, որ դրանք սովորաբար չափվում են նանոմետրերով (նմ): 1 նմ հավասար է մետրի մեկ միլիարդերորդականին։ Մարդու աչքը զգայուն է լույսի նկատմամբ, որի ալիքի երկարությունը տատանվում է 380 նմ-ից մինչև 750 նմ, և մենք տեսնում ենք լույսի տարբեր ալիքի երկարություններ՝ տարբեր գույներով:

Աչքերը տեսնում են ալիքի երկարությունը հետևյալ կերպ.

• 380-ից 430 նմ մանուշակագույն
• 430-ից 450 նմ՝ որպես մուգ կապույտ
• 450 նմ-ից մինչև 500 նմ որպես կապույտ գույն
• 500-ից 570 նմ, որպես կանաչ
• 570-ից 600 նմ, որպես դեղին
• 600 նմ-ից մինչև 630 նմ, որպես նարնջագույն
• Կարմիր 630-ից 750 նմ

Լույսի աղբյուրների մեծ մասը, ներառյալ Արևը, արտադրում են լույսի ալիքներ՝ տարբեր ալիքի երկարությունների խառնուրդով: Եթե ​​տարբեր ալիքների երկարությունների (կամ գույների) լույսի քանակը մոտավորապես հավասար է, ապա աչքը գույների խառնուրդը տեսնում է որպես սպիտակ:

Լույսի ցրում

Տասնիններորդ դարի վերջում բրիտանացի ֆիզիկոս Լորդ Ռեյլիը (1842-1919) բացատրեց այն երևույթը, որն այժմ կոչվում է Ռեյլի ցրում։

Ռեյլին կարողացավ ցույց տալ, որ երբ լույսի ճառագայթն անցնում է օդով, փոքր քանակությամբ լույս ցրվում է բոլոր ուղղություններով՝ մթնոլորտի առանձին մոլեկուլների հետ փոխազդեցության պատճառով։ Սա ցույց է տրված ստորև ներկայացված դիագրամում:

Բացի այդ, նա կարողացավ ցույց տալ, որ էներգիայի մասնաբաժինը լույսի ցրված ճառագայթում կախված է երկու բանից.

• Նախ, դա կախված է օդի մոլեկուլների քանակից, որոնց հետ բախվում է լույսի ճառագայթը: Որքան շատ օդի մոլեկուլներ կամ ավելի շատ մթնոլորտ, որը հանդիպում է լույսի ճառագայթին, այնքան մեծ է ցրումը:
• Երկրորդ, որքան կարճ է լույսի ալիքի երկարությունը, այնքան մեծ է ցրումը: Հետևաբար, եթե վերցնենք լույսի ճառագայթ, ինչպիսին Արեգակն է, որը պարունակում է բազմաթիվ գույներ, ապա ավելի կարճ ալիքների երկարությունները (մանուշակագույն և կապույտ լույս) ավելի շատ են ցրվում, քան ավելի երկար ալիքների երկարությունները, ինչպիսիք են նարնջագույնը և կարմիրը: Սա ցույց է տրված ստորև բերված գրաֆիկում:

Կապույտ երկինքը, որը մենք տեսնում ենք, Արեգակի կապույտ լույսն է, որն արտանետվում է օդի մոլեկուլների կողմից բոլոր ուղղություններով Ռեյլի ցրման միջոցով: Մեկ այլ բան, որը ցույց է տալիս գծապատկերը, այն է, որ մանուշակագույն լույսն ավելի կարճ ալիքի երկարություն ունի, քան կապույտ լույսը, և այն ավելի շատ է ցրվում: Այնուամենայնիվ, Երկրի երկինքը մանուշակագույն չէ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ արևի լույսի ուժգնությունը բոլոր ալիքների երկարությամբ նույնը չէ, այն պարունակում է համեմատաբար քիչ մանուշակ՝ համեմատած կապույտի:

Մեկ այլ ցրման ազդեցությունն այն է, որ Արեգակի գույնը Երկրի վրա դիտորդին ավելի շուտ դեղին-նարնջագույն է թվում, քան սպիտակ: Թեև գույների հավասարակշռությունն այնպիսին է, որ արևի լույսը դառնում է սպիտակ, երբ այն հեռանում է Արևի մակերևույթից, բայց երբ հանդիպում է մթնոլորտին, մթնոլորտն ավելի շատ լույս է ցրում կարճ ալիքներից (մանուշակագույն, կապույտ և կանաչ), քան երկար ալիքներից (դեղին, նարնջագույն): և կարմիր), իսկ արդյունքում ստացվում է գունային համադրություն, որն ավելի շատ դեղին է թվում, քան սպիտակ: Հետաքրքիր է, որ երբ տիեզերագնացները տիեզերքից նայում են Արեգակին, այն նրանց համար սպիտակ է թվում:

Արևածագի և մայրամուտի ժամանակ, երբ Արևը գտնվում է երկնքում մի փոքր անկյան տակ, հորիզոնից անմիջապես վերևում, արևի ճառագայթները պետք է անցնեն հարյուրավոր կիլոմետրեր մթնոլորտով, նախքան դրանք տեսնելը: Քանի որ արևի ճառագայթներն անցնում են մթնոլորտում շատ ավելի շատ մոլեկուլների միջով, ցրման աստիճանը նույնպես շատ ավելի մեծ է:

Ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված աղյուսակում, լույսի գրեթե բոլոր կարճ և միջին ալիքների երկարությունները (կապույտ, կանաչ և դեղին) հեռացվում են արևի ճառագայթներից՝ թողնելով միայն ավելի երկար ալիքների երկարությունները (նարնջագույն և կարմիր): Սա բացատրում է, թե ինչու է Արևը կարմիր երևում արևածագի և մայրամուտի ժամանակ:

Երկինքը լուսնի վրա

Լուսինը մթնոլորտ չունի: Հետևաբար, արևի լույսի Ռեյլի ցրումը տեղի չի ունենում, և երկինքը ամբողջովին սև է թվում: Արեգակն ավելի սպիտակ է թվում, քանի որ կարճ ալիքների երկարությունները չեն հեռացվում նրա լույսից, ինչպես Երկրի վրա:

Մթնոլորտի բացակայության հետաքրքիր հետևանքներից մեկն այն է, որ Ապոլոնի տիեզերագնացները, ովքեր քայլում էին Լուսնի վրա, շատ դժվարությամբ էին դատում, թե որքան հեռու են գտնվում առարկաները: Երկրի վրա մթնոլորտը հեռավոր առարկաներին դարձնում է մի փոքր մշուշոտ, սակայն Լուսնի վրա դա այդպես չէ:

Երկինք Մարսի վրա

Մարսը շատ բարակ մթնոլորտ ունի։ Մարսի վրա օդային ճնշումը Երկրի վրա եղածի միայն 0,7%-ն է։ Ռեյլի ցրման համար շատ քիչ մթնոլորտ կա: Մինչ 1976 թվականին Մարսի վրա առաջին տիեզերական զոնդերի վայրէջքը, շատ գիտնականներ ակնկալում էին, որ Մարսի երկինքը սև կլինի: Փաստորեն, Մարսի երկինքը կարմրավուն շագանակագույն է: Դա պայմանավորված է մարսի մթնոլորտում հայտնաբերված կարմրաշագանակագույն երկաթի օքսիդի փոշու մանր մասնիկներով:

Արևոտ պարզ օրը մեր վերևում երկինքը վառ կապույտ է: Երեկոյան՝ մայրամուտին, երկինքը ստանում է աչք շոյող մուգ կարմիր գույն՝ բազմաթիվ երանգներով։ Ուրեմն ինչու է երկինքը կապույտ ցերեկը: Ի՞նչն է դարձնում մայրամուտը կարմիր: Ինչպե՞ս է մաքուր օդը փայլում կապույտ և կարմիր երանգներով օրվա տարբեր ժամերին:

Այստեղ կներկայացնեմ 2 պատասխան՝ առաջինը ավելի պարզեցված է ընդհանուր ընթերցողի համար, երկրորդը՝ ավելի գիտական ​​ու ճշգրիտ։ Ինքներդ ընտրեք, թե որն է ձեզ դուր գալիս։

1. Ինչու՞ է երկինքը կապույտ և ոչ կանաչ: Կեղծիքի պատասխանը

Արևից կամ լամպից լույսը սպիտակ է թվում, բայց սպիտակը իրականում գոյություն ունեցող բոլոր 7 գույների խառնուրդն է՝ կարմիր, նարնջագույն, դեղին, կանաչ, կապույտ, ինդիգո և մանուշակագույն (Նկար 1): Երկինքը (մթնոլորտը) լցված է օդով։ Օդը փոքր գազի մոլեկուլների և պինդ նյութի փոքր կտորների խառնուրդ է, ինչպիսին է փոշին: Երբ արևի լույսն անցնում է օդով, այն բախվում է օդի մասնիկներին: Երբ լույսի ճառագայթը հարվածում է գազի մոլեկուլներին, այն կարող է «ցատկել» այլ ուղղությամբ (ցրվել):

Սպիտակ լույսի բաղադրիչներից մի քանիսը, ինչպիսիք են կարմիրը և նարնջագույնը, ուղղակիորեն Արևից անցնում են մեր աչքերը՝ առանց ցրվելու: Բայց կապույտ ճառագայթների մեծ մասը «ցատկում» է օդի մասնիկներից բոլոր ուղղություններով: Այսպիսով, ամբողջ երկինքը բառացիորեն ներծծված է կապույտ ճառագայթներով: Երբ նայում ես վեր, այս կապույտ լույսի մի մասը հասնում է քո աչքին և տեսնում ես կապույտ լույս ամբողջ գլխովդ: Այստեղ, փաստորեն, ինչու է երկինքը կապույտ:

Բնականաբար, ամեն ինչ առավելագույնս պարզեցված է, բայց ստորև բերված է մի պարբերություն, որն ավելի հիմնովին նկարագրում է վերևում գտնվող մեր սիրելի երկնքի սեփականությունը և այն պատճառները, որոնք բացատրում են, թե ինչու է երկնքի գույնը կապույտ և ոչ կանաչ:

2. Ինչու է երկինքը կապույտ: Պատասխան՝ առաջադեմի համար

Եկեք ավելի սերտ նայենք լույսի և գույնի բնույթին: Գույնը, ինչպես բոլորը գիտեն, լույսի հատկություն է, որը մեր աչքերը և ուղեղը կարող են ընկալել և հայտնաբերել: Արևի լույսը մեծ թվով սպիտակ ճառագայթներ է, որոնք բաղկացած են ծիածանի բոլոր 7 գույներից: Լույսն ունի ցրման հատկություն (նկ. 1): Ամեն ինչ լուսավորվում է Արևի կողմից, բայց որոշ առարկաներ արտացոլում են միայն մեկ գույնի ճառագայթներ, օրինակ՝ կապույտ, իսկ մյուս առարկաները արտացոլում են միայն դեղին ճառագայթներ և այլն։ Մարդն այսպես է որոշում գույները։ Այսպիսով, Արևը փայլում է Երկրի վրա իր սպիտակ ճառագայթներով, բայց այն պարուրված է մթնոլորտով (օդի հաստ շերտով), և երբ այս սպիտակ (բոլոր գույներից բաղկացած) ճառագայթն անցնում է մթնոլորտով, օդն է, որ ցրվում է։ (տարածում է) սպիտակ արևի ճառագայթի բոլոր 7 գունավոր ճառագայթները, բայց ավելի մեծ ուժով դա նրա կապույտ-կապույտ ճառագայթներն են (այլ կերպ ասած՝ մթնոլորտը բառացիորեն սկսում է կապույտ շողալ): Այլ գույները գալիս են անմիջապես Արևից դեպի մեր աչքերը (նկ. 2):

Ինչու՞ է կապույտը մթնոլորտում ամենաշատ ցրված գույնը: Սա բնական երևույթ է և նկարագրված է Ռեյլի ֆիզիկական օրենքով։ Ավելի պարզ բացատրելու համար կա մի բանաձև, որը Ռեյլին ստացել է 1871 թվականին, որը որոշում է, թե ինչպես է լույսի (ճառագայթի) ցրումը կախված այս ճառագայթի գույնից (այսինքն՝ ճառագայթի այնպիսի հատկությունից, ինչպիսին է նրա ալիքի երկարությունը)։ Եվ պատահում է, որ երկնքի կապույտ գույնն ունի ամենակարճ ալիքի երկարությունը և, համապատասխանաբար, ամենամեծ ցրումը:

Ինչու է երկինքը կարմիր արևածագի և մայրամուտի ժամանակ: Մայրամուտին կամ արևածագին Արևը հորիզոնից ցածր է, ինչի հետևանքով արևի ճառագայթները թեք են ընկնում

Յուտ դեպի Երկիր: Ճառագայթի երկարությունը, բնականաբար, բազմիցս մեծանում է (նկ. 3), և, հետևաբար, նման հսկայական հեռավորության վրա սպեկտրի գրեթե ողջ կարճ ալիքը (կապույտ-կապույտ) հատվածը ցրված է մթնոլորտում և չի հասնում. երկրագնդի մակերեսը։ Մեզ են հասնում միայն երկար ալիքներ՝ դեղնակարմիր։ Սա հենց այն գույնն է, որը ստանում է երկինքը արևածագի և մայրամուտի ժամանակ: Ահա թե ինչու երկինքը, բացի կապույտից և կապույտից, նաև դեղին և կարմիր է:

Իսկ հիմա վերը նշված բոլորը լիովին հասկանալու համար մի քանի խոսք այն մասին, թե ինչպիսին է մթնոլորտը։

Ի՞նչ է մթնոլորտը (երկնք):

Մթնոլորտը գազի մոլեկուլների և այլ նյութերի խառնուրդ է, որոնք շրջապատում են Երկիրը։ Մթնոլորտը հիմնականում բաղկացած է ազոտից (78%) և թթվածնից (21%) գազերից։ Գազերը և ջուրը (գոլորշիների, կաթիլների և սառցե բյուրեղների տեսքով) մթնոլորտի ամենատարածված բաղադրիչներն են։ Կան նաև փոքր քանակությամբ այլ գազեր, ինչպես նաև շատ մանր մասնիկներ, ինչպիսիք են փոշին, մուրը, մոխիրը, օվկիանոսների աղը և այլն: Մթնոլորտի կազմը փոխվում է՝ կախված աշխարհագրական դիրքից, եղանակից և շատ ավելին: Ինչ-որ տեղ անձրևից հետո օդում ավելի շատ ջուր կարող է լինել կամ օվկիանոսի մոտ, ինչ-որ տեղ հրաբուխները մեծ քանակությամբ փոշու մասնիկներ են արտանետում մթնոլորտ:

Մթնոլորտն ավելի խիտ է իր ստորին հատվածում՝ Երկրին մոտ։ Բարձրության հետ աստիճանաբար նոսրանում է։ Մթնոլորտի և տարածության միջև կտրուկ ընդմիջում չկա: Ահա թե ինչու մենք երկնքում տեսնում ենք կապույտ և կապույտ շողեր, հենց այն պատճառով, որ երկնքում մթնոլորտն ամենուր տարբեր է, ունի տարբեր կառուցվածք և հատկություններ:

Մարդու բնորոշ հատկանիշներից մեկը հետաքրքրասիրությունն է։ Երևի բոլորը, որպես երեխա, նայում էին երկնքին և մտածում. «Ինչո՞ւ է երկինքը կապույտ»: Ինչպես պարզվում է, նման թվացող պարզ հարցերի պատասխանները պահանջում են որոշակի գիտելիքներ ֆիզիկայի ոլորտում, և, հետևաբար, ոչ բոլոր ծնողները կկարողանան ճիշտ բացատրել իրենց երեխային այս երևույթի պատճառը:

Այս հարցը դիտարկենք գիտական ​​տեսանկյունից։

Էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ալիքի երկարության միջակայքն ընդգրկում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման գրեթե ողջ սպեկտրը, որը ներառում է նաև մարդկանց համար տեսանելի ճառագայթներ։ Ստորև նկարը ցույց է տալիս արեգակնային ճառագայթման ինտենսիվության կախվածությունը այս ճառագայթման ալիքի երկարությունից:

Վերլուծելով այս պատկերը, մենք կարող ենք նշել այն փաստը, որ տեսանելի ճառագայթումը նույնպես ներկայացված է տարբեր ալիքի երկարությունների ճառագայթման անհավասար ինտենսիվությամբ: Այսպիսով, մանուշակագույնը համեմատաբար փոքր ներդրում է կատարում տեսանելի ճառագայթման մեջ, իսկ ամենամեծ ներդրումը կատարում են կապույտ և կանաչ գույները։

Ինչու է երկինքը կապույտ:

Առաջին հերթին այս հարցը դրդում է այն փաստը, որ օդը անգույն գազ է և չպետք է կապույտ լույս արձակի։ Ակնհայտ է, որ նման ճառագայթման պատճառը մեր աստղն է։

Ինչպես գիտեք, սպիտակ լույսը իրականում տեսանելի սպեկտրի բոլոր գույների ճառագայթման համակցություն է: Օգտագործելով պրիզմա, լույսը կարելի է հստակորեն բաժանել գույների ամբողջ տիրույթի: Նմանատիպ էֆեկտը տեղի է ունենում երկնքում անձրևից հետո և ձևավորում է ծիածան: Երբ արևի լույսը մտնում է երկրի մթնոլորտ, այն սկսում է ցրվել, այսինքն. ճառագայթումը փոխում է իր ուղղությունը. Սակայն օդի բաղադրության առանձնահատկությունն այնպիսին է, որ երբ լույսը մտնում է այն, կարճ ալիքի երկարությամբ ճառագայթումն ավելի ուժեղ է ցրվում, քան երկարալիք ճառագայթումը։ Այսպիսով, հաշվի առնելով ավելի վաղ պատկերված սպեկտրը, կարող եք տեսնել, որ կարմիր և նարնջագույն լույսը գործնականում չեն փոխի իրենց հետագիծը օդի միջով անցնելիս, մինչդեռ մանուշակագույն և կապույտ ճառագայթները նկատելիորեն կփոխեն իրենց ուղղությունը: Այդ իսկ պատճառով օդում հայտնվում է որոշակի «թափառող» կարճ ալիքի լույս, որն անընդհատ ցրվում է այս միջավայրում։ Նկարագրված երևույթի արդյունքում տեսանելի սպեկտրի կարճ ալիքի ճառագայթումը (մանուշակագույն, ցիան, կապույտ) կարծես արտանետվում է երկնքի յուրաքանչյուր կետից:

Ճառագայթման ընկալման հայտնի փաստն այն է, որ մարդու աչքը կարող է բռնել, տեսնել, ճառագայթումը միայն այն դեպքում, եթե այն ուղղակիորեն ներթափանցի աչքը: Այնուհետև, նայելով երկնքին, դուք, ամենայն հավանականությամբ, կտեսնեք այդ տեսանելի ճառագայթման երանգները, որոնց ալիքի երկարությունն ամենակարճն է, քանի որ դա է, որ լավագույնս ցրվում է օդում:

Ինչու՞ չես տեսնում հստակ կարմիր գույն Արեգակին նայելիս: Նախ, քիչ հավանական է, որ մարդը կարողանա ուշադիր ուսումնասիրել Արևը, քանի որ ինտենսիվ ճառագայթումը կարող է վնասել տեսողության օրգանը: Երկրորդ, չնայած այնպիսի երևույթի առկայությանը, ինչպիսին է օդում լույսի ցրումը, Արեգակի արձակած լույսի մեծ մասը հասնում է Երկրի մակերեսին առանց ցրվելու: Հետևաբար, ճառագայթման տեսանելի սպեկտրի բոլոր գույները համակցված են՝ ձևավորելով լույսը ավելի ընդգծված սպիտակ գույնով։

Եկեք վերադառնանք օդով ցրված լույսին, որի գույնը, ինչպես արդեն որոշել ենք, պետք է ունենա ամենակարճ ալիքի երկարությունը։ Տեսանելի ճառագայթներից մանուշակագույնն ունի ամենակարճ ալիքի երկարությունը, որին հաջորդում է կապույտը, իսկ կապույտը մի փոքր ավելի երկար ալիքի երկարություն ունի: Հաշվի առնելով արեգակի ճառագայթման անհավասար ինտենսիվությունը՝ պարզ է դառնում, որ մանուշակագույնի ներդրումը չնչին է։ Հետևաբար, օդի միջոցով ցրված ճառագայթման ամենամեծ ներդրումը գալիս է կապույտից, որին հաջորդում է կապույտը:

Ինչու է մայրամուտը կարմիր:

Այն դեպքում, երբ Արևը թաքնվում է հորիզոնի հետևում, մենք կարող ենք դիտել կարմիր-նարնջագույն գույնի նույն երկարալիք ճառագայթումը: Այս դեպքում Արեգակից լույսը պետք է զգալիորեն ավելի մեծ տարածություն անցնի Երկրի մթնոլորտում, նախքան դիտորդի աչքին հասնելը: Այն կետում, որտեղ արևի ճառագայթումը սկսում է փոխազդել մթնոլորտի հետ, կապույտ և կապույտ գույներն առավել արտահայտված են: Այնուամենայնիվ, հեռավորության հետ կարճ ալիքի ճառագայթումը կորցնում է իր ինտենսիվությունը, քանի որ այն զգալիորեն ցրվում է ճանապարհին: Մինչդեռ երկար ալիքների ճառագայթումը հիանալի աշխատանք է կատարում նման երկար տարածություններ ծածկելու համար: Ահա թե ինչու Արևը կարմիր է մայրամուտին:

Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, չնայած երկար ալիքի ճառագայթումը թույլ է ցրված օդում, ցրումը դեռ տեղի է ունենում: Հետևաբար, լինելով հորիզոնում, Արևը լույս է արձակում, որից դիտողին է հասնում միայն կարմիր-նարնջագույն երանգների ճառագայթումը, որը որոշակի ժամանակ ունի ցրվելու մթնոլորտում՝ ձևավորելով նախկինում նշված «թափառող» լույսը։ Վերջինս երկինքը գունավորում է կարմիր և նարնջագույնի խայտաբղետ երանգներով։

Ինչու են ամպերը սպիտակ:

Խոսելով ամպերի մասին՝ մենք գիտենք, որ դրանք բաղկացած են հեղուկի մանրադիտակային կաթիլներից, որոնք տեսանելի լույսը գրեթե հավասարաչափ ցրում են՝ անկախ ճառագայթման ալիքի երկարությունից։ Այնուհետև ցրված լույսը, որն ուղղված է կաթիլից բոլոր ուղղություններով, նորից ցրվում է այլ կաթիլների վրա։ Այս դեպքում պահպանվում է բոլոր ալիքների երկարությունների ճառագայթման համադրությունը, իսկ ամպերը «փայլում» են (արտացոլում) սպիտակ գույնով։

Եթե ​​եղանակը ամպամած է, ապա արևի փոքր ճառագայթումը հասնում է Երկրի մակերեսին: Մեծ ամպերի կամ դրանց մեծ քանակության դեպքում արևի լույսի մի մասը կլանում է, ինչի հետևանքով երկինքը մթագնում է և ստանում մոխրագույն գույն։

Պարզ ասած՝ երկինքը կապույտ է, քանի որ երբ լույսը քայքայվում է, մանուշակագույնը ամենաշատը ցրվում է, իսկ կարմիրը՝ ամենաքիչը:

Լույս պրիզմայի միջով

Ինչպես գիտեք, սպիտակ լույսը բաղկացած է յոթ հիմնական գույներից, որոնք փոխվում են լույսի ալիքի երկարության նվազման հետ՝ կարմիր, նարնջագույն, դեղին, կանաչ, ցիան, ինդիգո և մանուշակագույն: Եվ, օրինակ, ուղեծրում գտնվող տիեզերագնացները տեսնում են շլացուցիչ սպիտակ Արեգակը սև երկնքի ֆոնի վրա: Այդպես էլ պետք է լինի. սպիտակ լույսի բաղադրիչները հասնում են անօդ տարածության մեջ առանց աղավաղումների, մինչդեռ Երկիր հասնում են մթնոլորտի «ֆիլտրով»:

Եթե ​​ավելի մանրամասն նայենք, պետք է հասկանանք, թե դա ինչ է ցրված երկնքի ճառագայթում- Արեգակնային ճառագայթումը, որը հասնում է Երկրի մակերևույթին այն բանից հետո, երբ այն ցրվել է մթնոլորտում մոլեկուլների կամ մասնիկների միջոցով: Մթնոլորտում ցրված ամբողջ արեգակնային ճառագայթման մոտ երկու երրորդը ի վերջո հասնում է Երկիր ցրված ճառագայթման տեսքով (եթե Արևը գտնվում է հորիզոնից բարձր, ապա ցրված ճառագայթման առնվազն 25%-ը):

Մթնոլորտում լույսի ցրման հիմնական մեխանիզմները (Rayleigh scattering, Mie scattering) առաձգական են, այսինքն՝ ճառագայթման ուղղությունը փոխվում է առանց ալիքի երկարության փոփոխության։

Երկինքի կապույտ երևալու պատճառն այն է, որ օդն ավելի շատ է ցրում կարճ ալիքի լույսը, քան երկար ալիքի լույսը: Ռեյլի ցրման ինտենսիվությունը, որը պայմանավորված է օդային գազերի մոլեկուլների քանակի տատանումներով լույսի ալիքի երկարություններին համարժեք ծավալներով, համաչափ է 1/λ 4-ի, λ-ն ալիքի երկարությունն է, այսինքն՝ տեսանելի սպեկտրի մանուշակագույն մասը ցրված է մոտավորապես։ 16 անգամ ավելի ինտենսիվ, քան կարմիրը: Քանի որ կապույտ լույսն ավելի կարճ ալիքի երկարություն ունի, տեսանելի սպեկտրի վերջում այն ​​ավելի շատ է ցրվում մթնոլորտ, քան կարմիր լույսը: Դրա շնորհիվ Արեգակի ուղղությունից դուրս գտնվող երկնքի տարածքը կապույտ գույն ունի (բայց ոչ մանուշակագույն, քանի որ արեգակնային սպեկտրը անհավասար է, և դրա մեջ մանուշակագույն գույնի ինտենսիվությունը ավելի քիչ է, ինչպես նաև ավելի ցածր զգայունության պատճառով: աչքի մանուշակագույն գույնի նկատմամբ և ավելի մեծ զգայունություն կապույտի նկատմամբ, ինչը գրգռում է ոչ միայն ցանցաթաղանթի կապույտ գույնի կոնների նկատմամբ զգայուն մարդկանց, այլև զգայուն կարմիր և կանաչ ճառագայթների նկատմամբ):

Մայրամուտի և արշալույսի ժամանակ լույսը շոշափում է դեպի երկրագնդի մակերես, այնպես որ մթնոլորտում լույսի անցած ճանապարհը շատ ավելի երկար է դառնում, քան ցերեկը։ Դրա պատճառով կապույտ և նույնիսկ կանաչ լույսի մեծ մասը ցրվում է արևի ուղիղ ճառագայթներից, ուստի արևի ուղիղ լույսը, ինչպես նաև նրա լուսավորած ամպերը և հորիզոնին մոտ գտնվող երկինքը կարմիր են գունավորվում:

Հավանաբար, մթնոլորտի տարբեր կազմի դեպքում, օրինակ, այլ մոլորակների վրա, երկնքի գույնը, այդ թվում՝ մայրամուտին, կարող է տարբեր լինել։ Օրինակ՝ Մարսի վրա երկնքի գույնը կարմրավարդագույն է

Մթնոլորտում լույսի ինտենսիվության թուլացման հիմնական պատճառներն են ցրումը և կլանումը։ Ցրումը տատանվում է՝ կախված ցրող մասնիկի տրամագծի և լույսի ալիքի երկարության հարաբերակցության հետ։ Երբ այս հարաբերակցությունը 1/10-ից փոքր է, տեղի է ունենում Ռեյլի ցրում, որի դեպքում ցրման գործակիցը համաչափ է 1/λ 4-ի: Ցրվող մասնիկների չափի և ալիքի երկարության հարաբերակցության մեծ արժեքների դեպքում ցրման օրենքը փոխվում է Գուստավ Միեի հավասարման համաձայն. երբ այս հարաբերակցությունը 10-ից մեծ է, երկրաչափական օպտիկայի օրենքները կիրառվում են գործնականում բավարար ճշգրտությամբ:

Գեղեցիկ օրը երկնքին նայելով՝ մենք մանկուց ընտելանում ենք նրա կապույտ գույնին՝ ցերեկը, իսկ կարմիրին՝ մայրամուտին և արևածագին: Երկնքի կապույտ գույնն այնքան ծանոթ է մեր աչքերին, որ հաճախ հարցեր չեն առաջանում, թե ինչու է երկնքի գույնը կապույտ, այլ ոչ, օրինակ, կանաչ կամ դեղին: Իսկապես, ինչո՞ւ է երկինքը կապույտ, եթե Երկրի լույսի հիմնական աղբյուրը Արեգակն է, որը դեղին է փայլում: (Պարզապես մի շտապեք ստուգել, ​​թե ինչ գույնի է Արևը առանց աչքերի պաշտպանության):

Ի՞նչ գույն ունի արևը իրականում:

Պարզվում է, որ Արեգակից եկող լույսը տարբեր գույներ ունի։ Իրականում Արևը փայլում է կապույտ, կանաչ, դեղին և կարմիր լույսով։ Սա հայտնաբերվել է դեռևս 17-րդ դարում Նյուտոնի կողմից: Մենք Արեգակը տեսնում ենք դեղին գույնի, քանի որ այն ամենից ուժեղ դեղին է արձակում, իսկ մնացած գույները կարող ենք տեսնել միայն հատուկ սարքավորումների օգնությամբ։ Դեղին լույսն այնքան ինտենսիվ է, որ մարդն իր ֆոնի վրա չի կարողանում տարբերել այլ գույներ։ Դա նման է մի փոքրիկ կանաչ կամ կապույտ լապտերի, որը փորձում է նկատել հսկայական դեղին լուսարձակի դեմ:

Ինչպե՞ս է լույսը հասնում Երկրի մակերեսին:

Պատկերացրեք ծիածանի բոլոր գույների ճառագայթները, որոնք գալիս են Արևից Երկիր: Տիեզերքի վակուումում՝ Արեգակի և Երկրի միջև, արևի ճառագայթները թռչում են նույն ուղղությամբ և նույն արագությամբ։ Բայց ամեն ինչ փոխվում է, երբ արևի լույսը հասնում է երկրային մթնոլորտ: Արեգակի ճառագայթները բախվում են օդի մոլեկուլներին (հիմնականում կազմված են թթվածնից և ազոտից) և փոխում են դրանց ուղղությունը՝ դրանք ցրվում են։ Դիտարկենք լույսի ցրման ընթացքը։ Ահա արևի լույսի մի փոքրիկ «կտոր»՝ ֆոտոն, որը թռչում է Երկրի մթնոլորտ. և անմիջապես օդի որոշ մոլեկուլ հայտնվում է նրա ճանապարհին: Ֆոտոնը «հարվածում» է այս մոլեկուլին և մի փոքր շեղվում իր սկզբնական ճանապարհից։ Մի փոքր ավելի թռչելուց հետո ֆոտոնը կրկին կբախվի օդի մոլեկուլին և նորից կփոխի ուղղությունը: Մինչ այդպիսի «սրիկա ճանապարհորդը» հասնի մեր աչքին, նա ժամանակ կունենա բախվելու միլիարդավոր մոլեկուլների հետ և մոտավորապես նույնքան անգամ փոխելու շարժման ուղղությունը։ Երկրի մթնոլորտով անցնող լույսն այնքան է փոխում իր ուղղությունը, որ ֆոտոնները սկսում են շարժվել բոլոր ուղղություններով, նույնիսկ դեպի Արեգակ։ Այդ իսկ պատճառով ցերեկը երկինքը պայծառ է նույնիսկ Արեգակին հակառակ կողմում։

Ինչու է երկինքը կապույտ:

Պարզվում է, որ լույսի գույնը մեծապես ազդում է առանձին «լույսի կտորների»՝ օդի մոլեկուլների հետ բախվելուց հետո իրենց ուղղությունը փոխելու ունակության վրա։ Որքան կապույտ է լույսը, այնքան ավելի հեշտությամբ է փոխում իր շարժման ուղղությունը, երբ ցրվում է մթնոլորտում: Սա նշանակում է, որ կապույտ լույսը ցրվում է ամենալավը, իսկ փիրուզագույնը մի փոքր ավելի վատն է: Կանաչ և դեղին լույսն ավելի վատ է փոխում իրենց ուղղությունը, քան փիրուզագույնը: Լավ, ամենաքիչը, մթնոլորտի միջով անցնելիս կարմիր լույսը փոխում է իր ուղղությունը։ Այն ցրվում է մոտ 10 անգամ ավելի վատ, քան կապույտը: Հետեւաբար, պարզվում է, որ Արեգակից եկող կապույտ լույսը ցրված է երկնքում, եւ մեզ թվում է, թե երկինքը կապույտ է դառնում։ Եթե ​​բնությունն այլ կերպ կառուցված լիներ, և, օրինակ, կանաչ լույսը լավագույնս ցրվեր, ապա մեր երկինքը կանաչ կլիներ:

Ինչո՞ւ է երկինքը կարմիր դառնում մայրամուտին և արևածագին:

Երբ Արևը մայր է մտնում կամ ծագում, արևի լույսը պետք է անցնի օդի ավելի հաստ շերտով, մինչև հասնի մեր աչքին: Սա նշանակում է, որ մայրամուտին կամ արևածագին Երկրին հարվածող ֆոտոնները շատ ավելի շատ բախումներ կունենան օդի մոլեկուլների հետ, քան նրանք, որոնք Երկրին բախվում են օրվա ընթացքում: Բախումների քանակի ավելացումը հանգեցնում է նրան, որ նույնիսկ կարմիր լույսը սկսում է ցրվել, ինչի հետևանքով արևի մոտ գտնվող երկինքը դառնում է կարմիր մայրամուտի կամ արևածագի ժամանակ:

Կոնստանտին Կուդինով

Սիրելի բարեկամներ! Եթե ​​ձեզ դուր եկավ այս պատմությունը և ցանկանում եք տեղեկացված լինել երեխաների համար տիեզերագնացության և աստղագիտության մասին նոր հրապարակումներին, ապա բաժանորդագրվեք մեր համայնքների նորություններին: