Диффузное излучение неба

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Спектр диффузного излучения голубого неба. В спектре видны фраунгоферовы спектральные линии солнечного излучения и полосы поглощения воды.
Галилео / Почему небо голубое? ⛅ Why the sky is blue? // GalileoRU [5:21]
Почему небо голубое? (Спецвыпуск) // Физика от Побединского [3:28]

Диффузное излучение неба — солнечное излучение, которое достигает поверхности Земли после рассеяния на молекулах или частицах в атмосфере. Приблизительно две трети всего солнечного излучения, рассеивающегося в атмосфере, в конечном итоге достигает Земли в виде диффузного излучения. Если Солнце находится высоко над горизонтом, то рассеивается не менее 25 % падающего излучения.

Основные механизмы рассеяния света в атмосфере, такие как рассеяние Релея и рассеяние Ми, являются упругими. Это означает, что происходит изменение направления излучения, при этом длина волны остается неизменной[1].

Почему небо голубое? Какое оно на самом деле[править]

Свет, воспринимаемый человеческим глазом как белый, на самом деле состоит из разных цветов, которые изменяются по мере уменьшения длины световой волны: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. К примеру, для космонавтов, находящихся на орбите Земли, Солнце выглядит ослепительно — белым на фоне черного неба. Так и должно быть: составные части белого света доходят до них в безвоздушном пространстве без искажений, в то время как до Земли они доходят через «фильтр» атмосферы.

Так как воздух рассеивает синий цвет, небо кажется голубым, а само Солнце — желтым. На закате и на рассвете, солнечный свет проходит через бо́льшую толщу атмосферы. Из-за этого бо́льшая часть синего и даже зелёного света рассеивается из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона[2].

Кроме того, количество влаги в воздухе оказывает влияние на цвет неба. Влажность, вызванная, например, дождевыми осадками или влажным климатом, может придать небу туманную или серую окраску. Это происходит из-за того, что влага в воздухе рассеивает свет иначе, чем сухой воздух.

Также загрязнение воздуха может повлиять на окраску неба. В городах с большим количеством загрязняющих веществ в воздухе, небо может выглядеть коричневым или желтоватым. Такое изменение цвета происходит из-за того, что загрязняющие вещества рассеивают свет не так как чистый воздух[3].

Эффект Тиндаля[править]

Эффект Тиндаля — это результат исследования взаимодействия световых лучей с различными средами. В основе его лежит рассеяние голубого света частицами взвеси, будь то пыль или дым в воздухе, размытое стекло или коллоидные растворы. Чем мельче и плотнее частицы, тем сильнее рассеивание. Поэтому, когда солнечные лучи проникают через такую среду, голубые тона подвергаются рассеиванию, а другие оттенки остаются практически неизменными[4].

Рэлеевское рассеяние[править]

Эффект Тиндаля был подробно изучен лордом Рэлеем. И после этого рассеяние света на очень маленьких частицах стало называться рэлеевским рассеянием. Проведенные расчеты демонстрируют, что интенсивность рассеянного света пропорциональна четвертой степени частоты υ4 (или 1/λ4, где λ — длина волны). Это утверждение называется законом Рэлея — Джинса.

Согласно закону Рэлея, рассеяние электромагнитных волн интенсивнее для высоких частот, чем для низких. Это объясняет, почему молекулы атмосферы сильнее рассеивают синий цвет по сравнению с красным, зеленым и желтым[5].

В результате, часть неба, которая не направлена прямо на Солнце, имеет голубой цвет. Такой цвет неба — результат того, что солнечный спектр неравномерный, интенсивность фиолетового цвета ниже, а также из-за того, что человеческий глаз менее чувствителен к фиолетовому цвету в сравнении с синим. Синий цвет раздражает колбочки в сетчатке, которые не только чувствительны к синему цвету, но и к красному и зеленому.

На других планетах, с различным составом атмосферы, цвет неба, включая вечернее время, может иметь другой оттенок. Например, на Марсе цвет неба кажется красновато-розовым.

Рассеяние и поглощение являются основными причинами ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние изменяется в зависимости от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение составляет менее 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, где коэффициент рассеяния пропорционален 1/λ4. При бо́льших значениях отношения размера рассеивающих частиц к длине волны, применимо уравнение Гюстава Ми, а когда это отношение больше 10 — применимы законы геометрической оптики[6].

Реперные точки[править]

При релеевском рассеянии возникает явление поляризации, когда рассеянный свет становится либо полностью, либо частично поляризованным. В связи с этим, на небесной полусфере можно выделить четыре особые точки, из которых исходящий свет остается неполяризованным.

  • Точка Араго (А), находится в воздухе без тумана и дымки на высоте 20° над противосолнечной точкой. Если в воздухе присутствует туман, то данная точка расположена выше. Зависимость положения этой точки используется для определения степени затуманенности атмосферы.
  • Точка Бабинэ (Ba), названная в честь ее открывателя в 1840 году, находится на высоте 15-20° над Солнцем. Однако ее сложно наблюдать из-за близости солнечного диска.
  • Точка Брюстера (Br), также открыта Брюстером в 1840 году, находится на высоте 15-20° ниже Солнца, но ее также сложно наблюдать из-за близости солнечного диска.
  • Точка 4 (IV), которая была обнаружена при наблюдении с высотных самолетов, расположена на 20° ниже противосолнечной точки[3].

Галерея[править]

Источники[править]

  1. Диффузное излучение неба. Почему небо голубое?. Психология отношений. Проверено 6 октября 2023.
  2. Почему небо голубое. Вести.Ru: новости, видео и фото дня (24 марта 2023). Проверено 6 октября 2023.
  3. 3,0 3,1 Почему днем небо синее, а ночью становится черным. Знаток PC (3 марта 2021). Проверено 6 октября 2023.
  4. Эффект Тиндаля. «Элементы». Проверено 6 октября 2023.
  5. Почему небо голубое, а море синее?. Теории и практики (28 августа 2020). Проверено 6 октября 2023.
  6. Диффузное излучение неба. Posts24.ru. Проверено 6 октября 2023.

Ссылки[править]

 
Осадки, выпадающие на земную поверхность
Осадки, образующиеся на поверхности

ГололедицаГололёдЗернистая изморозьИнейКристаллическая изморозьНалепьРоса

Туманы

ДымкаЛедяной туманПоземный туманПросвечивающий туманРадиационный туманСмогТуман

Метели

Низовая метельОбщая метельПозёмокПургаСнежная мгла

Литометеоры

Аэрозольная пыльМглаПыль (взвешенная в воздухе), пыльная мглаПыльная (песчаная) буряПыльный (песчаный) вихрьПыльный (песчаный) позёмок

Конвективные явления

ОблакопадСмерчШквал

Электрические явления

Гроза (гром) • ЗарницаМолния (шаровая) • Огни ХессдаленаПолярное сияние

Оптические явления

ВенецГалоДиффузное излучение небаЗелёный лучКоронная вспышкаКрест КоролёваМетеор (болид) • Мираж (верхний, нижний, боковой)Полярное сияниеРадугаСумеречные лучи

Аномальная погода

Засуха в СССР (1946)Аномалия (2005−2006)Аномальная жара в России (2012)Аномальные морозы (2002—2003)Аномальные морозы (2010)Погода в Москве в 2010 году

Ураганы

АйринСмерч в Краснозаводске (2009)Смерч в Ефремове (2013)Торнадо в Башкирии (2024)Ураган в Алма-Ате (2011)Ураган в Белоруссии (2016)Ураган в Москве (2018)Ураган в Москве (20.06.2024)Ураган в Москве (5.07.2024)Ураганный ветер «Эберхард»Милтон

Местные ветры

АбазаАбрегоАрмавирский ветерВыгонГорнякКамикадзеКривецСуховейФёнХамсинХару итибан

Разное

Автоматическое распознавание атмосферных частицАстроклиматАтмосферный фронтБлокирующий антициклонВлияние атмосферного давления на человекаМетеорология (военная) • Волны РоссбиЗасухаКислотные дождиКлиматическая аномалияМетеорологическая войнаМорозПарниковый эффектПервый снегПеТа излучениеСмог (в Москве) • Теория биотического насосаФорма дождевой капли

Знание.Вики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Диффузное излучение неба», расположенная по следующим адресам:

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».