Рис. 6.5 / Задача 6.12. Свет от низкого солнца, пробиваясь через тучу, теряет красный цвет и становится зеленым.

Почему во время заката становится более насыщенным голубой цвет неба над головой? Не должно ли оно, как и закат, окраситься в красный цвет?

ОТВЕТ • На закате солнечные лучи, рассеянные в направлении наблюдателя, достигают его, пройдя по длинному наклонному пути через атмосферу и озоновый слой стратосферы (рис. 6.6). Поскольку озон поглощает излучение красной области спектра и свет проходит через озоновый слой достаточно длинный путь, в спектре прошедшего света синий цвет становится доминирующим еще до рассеяния в направлении наблюдателя. Именно поэтому на закате цвет неба над головой такой насыщенно синий, особенно примерно через 20 минут после того, как солнце зашло за горизонт.

Рис. 6.6 / Задача 6.13. Солнечный свет, проходящий через нижние слои атмосферы, становится красным. Солнечный свет, проходящий через озоновый слой, становится синим.

Почему во время заката с восточной стороны над горизонтом появляется темное пятно (рис. 6.7a)? Почему верхняя граница этого пятна, ее называют поясом Венеры, часто бывает красной или оранжевой? Почему иногда середина пятна окрашена в тусклый синий цвет?

Рис. 6.7 / Задача 6.14. a) Во время заката с восточной стороны горизонта формируется темное пятно. б) Красный свет обозначает границу тени Земли на небе. Внутренняя часть пятна окрашена в тусклый синий цвет.

ОТВЕТ • Темное пятно — тень, которую Земля отбрасывает на атмосферу. Тень поднимается на востоке, когда солнце садится на западе. Верхний край тени освещает свет, «покрасневший» за время долгого пути через атмосферу: он теряет синий цвет, рассеиваясь на большом числе молекул (рис. 6.7б). Часть света, достигнув верхней границы тени, рассеивается в направлении наблюдателя, и поэтому сверху тень кажется красной.

Есть несколько причин, почему внутренняя область тени может быть синей. В первую очередь это связано с тем, что свет, идущий к наблюдателю из области тени, не может исходить непосредственно от солнца. Это свет, рассеянный в еще освещенных прямыми лучами солнца верхних слоях атмосферы. Поскольку плотность воздуха в этих слоях невелика, свет меньше теряет голубую компоненту, чем проходя через воздух нижних слоев атмосферы. Если заметный путь свет проходит через озоновый слой, его цвет становится насыщенно синим, так как озон поглощает излучение красного конца видимого спектра. Какая-то часть этого синего света рассеивается в направлении тени, а затем в направлении наблюдателя. Поскольку фон, на котором видна тень, темный, иногда этот слабый синий свет можно заметить.

Иногда, когда солнце низко, по небу веером расходятся чередующиеся яркие лучи и темные зоны между ними. Они выходят из облаков вблизи солнца или сходятся к облакам вблизи точки, расположенной строго напротив солнца. Если очень повезет, можно увидеть, как такие лучи покрывают почти все небо. Почему они появляются и почему они не параллельны? Ведь солнце настолько далеко, что солнечные лучи приблизительно параллельны.

ОТВЕТ • У этих лучей много названий. Их называют и сумеречные лучи, и лучи Будды, и пальцы Будды. На самом деле, они почти параллельны и только кажутся расходящимися или сходящимися, потому что наблюдатель смотрит на них издалека. Аналогичная зрительная иллюзия: уходящие вдаль прямые железнодорожные рельсы кажутся сходящимися. Обычно сумеречные лучи образуются в тех случаях, когда закрывающие солнце облака отбрасывают тень на небо. Если есть только одно маленькое облачко, его тень — это темный луч. При более сильной облачности можно увидеть и светлые лучи там, где свет просачивается через промежутки между облаками. В некоторых местах сумеречные лучи видны там, где свет пробивается через промежутки между горными вершинами. До наблюдателя доходит этот свет, рассеянный пылью, каплями дождя, снежинками, взвешенными в воздухе твердыми частицами или молекулами воздуха. Яркие лучи видны по контрасту с областями тени.

Увидеть сумеречные лучи в небе над головой трудно, поскольку при таком ракурсе наблюдатель смотрит на них через узкие проемы и поэтому воспринимает далеко не весь рассеянный свет. Проще их увидеть, если смотреть прямо на солнце или на точку, противоположную той, где оно находится. Это значит, что глаз воспринимает больше рассеянного света, улучшая контраст с тенью.

Часто похожие лучи можно увидеть в очень пыльной, не слишком хорошо освещенной комнате, куда проникает прямой яркий солнечный свет. Их можно видеть потому, что пыль в воздухе рассеивает свет в направлении наблюдателя, и потому, что этот рассеянный свет не теряется на фоне, как правило, более яркого света, отраженного от мебели и стен позади лучей.

Некоторые покрытые растительностью горные цепи окутаны дымкой, окрашивающей их в голубоватый цвет. Это, например, Голубой хребет в США и Голубые горы в Австралии, название которых говорит само за себя. Дым тут ни при чем: горы расположены в необитаемой местности. И поднятая ветром пыль отношения к дымке не имеет, поскольку при сильном ветре она исчезает. И это не туман: наиболее четко голубой оттенок гор заметен при жаркой погоде. Из-за чего же появляется эта голубая дымка?

Иногда поверхность земли или океана покрывает дымка, не позволяющая увидеть их из самолета, летящего на большой высоте. Почему такая дымка часто имеет красноватый оттенок?

Почему туман над городом часто бывает коричневым? Этот цвет обусловлен тем, что частицы тумана поглощают остальные цвета? Или в результате рассеяния на этих частицах остается только коричневатый свет? Зависит ли цвет тумана от освещения, на фоне которого он виден?

Почему, если смотреть на солнце через плотную дымку, можно увидеть, что оно окружено ярким белым кольцом? Почему иногда это кольцо бывает красным?

ОТВЕТ • Голубая дымка над горами связана с испарением больших молекул, таких как терпены, растительностью, покрывающей горы. Кроме того, под действием сильного электрического поля, созданного находящимися над ними наэлектризованными облаками, в воздух попадают частички смолы с кончиков иголок хвойных растений и поверхностей других растений. В обоих случаях такие частички достаточно малы, поэтому в направлении наблюдателя они рассеивают главным образом голубые лучи освещающего их солнечного света. Поэтому кажется, что горы окутаны голубоватой дымкой.