Почему небо голубое?
Мы живем на дне огромного воздушного океана, который несмотря на огромную глубину (около 1000 км.), так прозрачен, что свет небесных светил, доходящий до нашего глаза, не испытывает в воздухе сколько-нибудь значительного поглощения. И все же со световым лучом при его движении сквозь атмосферу происходят определенные изменения.
Прежде всего, мельчайшие частицы воздуха-молекулы составляющих его газов сортируют падающие на них солнечные лучи. Белый солнечный луч состоит из нескольких разноцветных лучей. Убедиться в этом просто. Если пропустить сквозь трехгранную стеклянную призму солнечный луч, то на противоположной стене комнаты или на потолке вы увидите разноцветную радужную полоску, называемую спектром. Стеклянная призма разложила белый солнечный луч на составные лучи, - в этом заключается одно из главнейших ее свойств. Дело в том, что лучи разного цвета призма преломляет по-разному: сильнее всего - фиолетовые, слабее всего - красные.
В атмосфере тоже происходит разложение солнечного света на составные лучи. Так, например, всем известная радуга возникает при прохождении солнечного света сквозь маленькие капельки дождя, которые в этом случае играют роль стеклянных призмочек. Иногда около Солнца или Луны в морозную погоду появляются туманные радужные кольца или кресты. Они сходны с радугой, но только свет от Луны или Солнца разлагается в этом случае не водяными капельками, а мельчайшими кристалликами льда.
Однако "сортировка" солнечных лучей - это совсем иное. Всем, конечно, приходилось видеть тлеющую папиросу, испускающую дым из обоих своих концов. Но вот что удивительно: спереди папиросы, там, где вложен табак, дым выделяется в виде голубоватой струйки, а из другого конца папиросы выходит и стелется белый дымок. Табак один, а дым разный. В чем причина этого явления?
Все дело, оказывается, в законах рассеяния света. Когда луч света попадает на какую-нибудь частицу, то он рассеивается, т. е. разбрасывается частицей в разные стороны. Но вот какие именно лучи рассеиваются и какие пропускаются частицей - это зависит от ее свойств, главное - от ее размеров.
В голубом дыме папиросы частицы маленькие, легкие, свободно поднимающиеся вверх. Такие частицы, как установил английский физик Рэлей, рассеивают голубые лучи. Крупные же, тяжелые частицы, из которых состоит белый дым, представляют собой мельчайшие капельки воды. Они рассеивают все лучи одинаково, поэтому рассеянные разноцветные лучи, складываясь затем вместе, образуют снова белый цвет.
Почему небо синее?
Молекулы газов, составляющих воздух, по закону Рэлея, рассеивают синие и голубые лучи. Вот почему небо синее и в этом отношении похоже на голубоватый дымок тлеющей папиросы. Облака же в небе белые, потому что они состоят из мельчайших водяных капелек.
Закон Рэлея проявляется не только в синем цвете неба и белизне облаков. Когда Солнце или Луна находятся вблизи горизонта, они кажутся оранжевыми, а иногда и ярко-красными. Почему? Луч Солнца или Луны, находящихся вблизи горизонта, проходит через большую толщу атмосферы, чем в полдень.
Кроме того, утренние и вечерние солнечные лучи пронизывают нижние запыленные слои атмосферы. В этих слоях рассеиваются не только синие и голубые, но даже зеленые и часть желтых лучей. Только красные и оранжевые лучи беспрепятственно достигают человеческого глаза. Именно поэтому Солнце и Луна вблизи горизонта кажутся красновато-оранжевыми.
С поднятием вверх все эти явления постепенно ослабевают. На высотах в сотни километров нет ни зорь, ни облаков - на совершенно черном небе сияют Солнце, Луна и немерцающие звезды.
