Расскажи мне почему небо голубое. Почему небо голубое (для детей)? Эксперименты со светом

Если коротко, то …»Солнечный свет, взаимодействуя с молекулами воздуха, рассеивается на разные цвета. Из всех цветов лучше всего к рассеиванию предрасположен именно голубой цвет. Получается, что он фактически захватывает воздушное пространство».

А теперь давайте подробнее

Только дети могут задавать настолько простые вопросы, на которые совершенно взрослый человек не знает, как ответить. Наиболее распространенный вопрос терзающий детские головы: «Почему небо синее?» Однако правильный ответ даже для себя знает не каждый родитель. Найти его поможет наука физика и ученые, пытающиеся ответить на него на протяжении не одной сотни лет.

Ошибочные объяснения

Люди на протяжении многих столетий искали ответ на этот вопрос. Люди древности считали, что такой цвет является любимым для Зевса и Юпитера. В свое время объяснения цвета неба волновали таких великих умов как Леонардо да Винчи и Ньютон. Леонардо да Винчи считал, что соединяясь между собой, тьма и свет образуют более светлый оттенок – синий. Ньютон связывал голубой цвет со скоплением в небе большого количества водяных капель. Однако, только в ХIX веке получилось прийти к правильному заключению.

Спектр

Чтобы ребенок понял правильное объяснение при помощи науки физики, первоначально ему нужно понять, что луч света представляет собой летящие на большой скорости частицы – отрезки электромагнитной волны. В потоке света длинные и короткие лучи движутся вместе, а человеческим глазом воспринимаются совместно как белый свет. Проникая в атмосфере через мельчайшие капли воды и пыли, они рассеиваются на все цвета спектра (радуги).

Джон Вильям Релей

Еще в 1871 году британский физик лорд Релей заметил зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны. Рассеяние света Солнца на неоднородностях атмосферы объясняет, почему небо голубое. Согласно закону Релея голубые солнечные лучи рассеиваются на много интенсивнее, чем оранжевые и красные, так как имеют меньшую длину волны.

Воздух возле поверхности Земли и высоко в небе состоит из молекул, из-за чего солнечный свет рассеивается еще высоко в воздушной атмосфере. Он доходит до наблюдателя со всех сторон, даже из самых отдаленных. Спектр рассеянного воздуха света заметно отличается от прямого солнечного света. Энергия первого передвинута на желто-зеленую часть, а второго – на синюю.

Чем интенсивнее рассеивание прямого солнечного света, тем более холодным будет казаться цвет. Наиболее сильное рассеивание, т.е. самая коротка волна — у фиолетового цвета, длинноволновое рассеивание – у красного. Поэтому во время заката Солнца отдаленные от него территории неба кажутся голубыми, а самые близкие – розовые или алые.

Рассветы и закаты

Во время заката и рассвета человек чаще всего видит розовые и оранжевые оттенки на небе. Это объясняется тем, что свет от Солнца проходит очень низко к поверхности земли. Из-за этого, путь который нужно совершить свету во время заката и рассвета намного длиннее, чем днем. По причине того, что лучи проходят наибольший путь через атмосферу, основная часть синего света рассеивается, поэтому свет солнца и близлежащих облаков кажутся человеку красноватыми или с розовым оттенком.

Несмотря на научный прогресс и свободный доступ ко множеству источников информации, редкий человек может правильно ответить на вопрос, почему небо голубое.

Почему днем небо синего или голубого цвета?

Белый свет - а именно его излучает Солнце - состоят из семи частей цветового спектра: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Известная еще со школы считалочка - «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан» - как раз и определяет цвета этого спектра по начальным буквам каждого из слов. Каждому цвету соответствует своя длина световой волны: самая большая у красного и самая короткая у фиолетового цвета.

Привычное для нас небо (атмосфера) состоит из твердых микрочастиц, мельчайших капель воды и молекул газа. На протяжении долгого времени существовало несколько ошибочных предположений, пытающихся объяснить, почему небо голубое:

• атмосфера, состоящая из мельчайших частиц воды и молекул различных газов, хорошо пропускает лучи синего спектра и не дает коснуться Земли лучам красного спектра;
• мелкие твердые частицы - к примеру, пыль - взвешенные в воздухе, рассеивают синие и фиолетовые волны меньше всего, и из-за этого им удаётся достигать поверхности Земли в отличие от других цветов спектра.

Эти гипотезы поддерживали многие известные ученые, однако исследования английского физика Джона Рэлея показали, что не твердые частицы являются основной причиной рассеивания света. Именно молекулы газов, находящихся в атмосфере, разделяют свет на цветовые составляющие. Белый солнечный луч, столкнувшись в небе с газовой частицей, разлетается (рассеивается) в разные стороны.

При столкновении с молекулой газа, каждый из семи цветовых компонентов белого света рассеивается. При этом свет с более длинными волнами (красная составляющая спектра, в которую также входит оранжевый и желтый) рассеивается хуже, чем свет с короткими волнами (синяя составляющая спектра). Из-за этого после рассеивания, в воздухе остается в восемь раз больше цветов синего спектра, чем красного.

Хотя и самая короткая длина волны у фиолетового цвета, небо всё равно кажется голубым из-за смешения фиолетовых и зелёных волн. Кроме этого, нашими глазами лучше воспринимается голубой цвет, чем фиолетовый, при одинаковой яркости обоих. Именно эти факты и определяют цветовую гамму неба: атмосфера буквально наполнена лучами сине-голубого цвета.

Почему тогда закат красный?

Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Выше мы выяснили, что красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.

Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.

Почему облака белые?

Затронем и тему облаков. Почему на голубом небе белые облака? Для начала вспомним, как они образуются. Влажный воздух, содержащий невидимый пар, нагреваясь у поверхности земли, поднимается и расширяется в силу того, что вверху давление воздуха меньше. Расширяясь, воздух охлаждается. При достижении определенной температуры водяной пар конденсируется вокруг атмосферной пыли и других взвешенных твердых частиц, и в результате образуются крохотные капли воды, слияние которых формирует облако.

Несмотря на свой сравнительно малый размер, частицы воды намного больше молекул газа. И если, встречая молекулы воздуха, солнечные лучи рассеиваются, то при встрече с каплями воды свет отражается от них. При этом изначально белый солнечный луч своего цвета не меняет и одновременно «окрашивает» в белый цвет молекулы облаков.

Почему небо голубое?

«Папа, а почему небо голубое, а не, скажем, зеленое или фиолетовое?»
Дети, когда начинают изучать окружающий мир, очень активно задают вопросы. Сотни вопросов в день по поводу всего, что попадает в центр внимания. Только и слышно «почему — почему». И папа (или мама) ну никак не может «упасть лицом в грязь» и потерять авторитет, сказав «я не знаю». Как такое может вообще быть, ведь он живет уже очень давно и такие элементарные вещи знает наверняка со своего детства?
И папа конечно же знает почему это небо вдруг голубое 😉 , а если вдруг что-то и забыл, то внимательно читает написанное ниже.

Какого цвета солнечный свет?

Чтобы разобраться с цветом неба, и понять почему оно такое, нужно, для начала, выяснить какой цвет имеет солнечный свет. Этот вопрос кажется элементарным.
«Желтый» — скажет вам малыш, но тут ему придется удивиться в первый раз.
«А вот и не желтый!»
O_O – примерно такие глаза будут у малыша (с папой явно что-то не так).
«Да вон же, подними голову, папа! Оно же желтое! Почему это нет? Очень даже да!»
«А вот и нет!» Дальше папа делает авторитетное лицо и говорит:
«На самом деле цвет солнца и его лучей – белый, а то, что мы видим его желтым, это потому, что таким он становиться после прохождения через воздух».

Из чего состоит белый цвет?

«Какие цвета ты знаешь?» — спрашивает папа ребенка.
«Зеленый, желтый, красный, белый…» — начинает перечислять малыш.
«Умница! Все те цвета, которые ты перечислил, кроме белого – это простые цвета. А вот белый — он особенный! В природе не бывает просто белого цвета, но он появляется, если собрать вместе все простые цвета.
Это как в игре, когда нужно собрать части какого-то предмета. Вот ты берешь одну часть, вторую, третью и т.д., а когда соберешь все – ТАДАМ! Получаешь целый предмет! Так и белый – он состоит из всех цветов, и если хоть какой-то оттенок из него забрать, он уже не будет белым. Понятно?»
«Ага» — кивает малыш.

Так что же там с цветом неба? Почему оно голубое?

«Все это очень интересно, но, по-моему, ты уходишь от темы. Как там насчет цвета неба? Почему оно такое?»
«Я как раз к этому подхожу. Я рассказал тебе элементарные вещи, чтобы на пальцах можно было бы объяснить более сложные.
По поводу неба, должен сказать вот что. Абсолютно точного ответа ученые еще не нашли, но есть две простые теории, которые объясняют почему оттенок неба именно голубой. Я расскажу тебе обе.

Первая теория :

В воздухе, который окружает землю, летает большое количество частичек – это разные газы, частички пыли, частички воды и т.д. Когда белый луч от солнца (а он, как ты помнишь, не сам по себе, а все цвета вместе) попадает в воздух, то сталкиваясь с частичками воздуха и частичками, которые летают в воздухе, начинает рассыпаться на цвета, из которых состоял.
Оказалось, что не все из них одинаково шустрые, одни – очень неповоротливые, они так и рассеиваются в воздухе, столкнувшись с какими-нибудь частичками, а другие, очень быстрые, уворачиваются от столкновений и долетают до Земли.
Голубые лучики неповоротливые, они чаще других попадают на препятствия и рассеиваются (разлетаются) на все стороны, подсвечивая воздух голубым светом.

Вторая теория немного сложнее:

Ученые предполагают, что частички воздуха, который окружает Землю, поглощают солнечные лучи. Они, как бы, заряжаются от этих лучей, а затем начинают на все стороны излучать свой собственный свет.

Ну вот, например, как дверка на печке. Помнишь, я тебе показывал, как дверца сначала была черной, а потом грелась-грелась и начала светиться красным? Помнишь?»
«Ага, помню. А почему ты вспомнил о печке?» .
«Да потому что так и здесь. Частички воздуха получают энергию от солнечных лучей, а затем начинают светиться. Разные газы светятся по-разному. То, что мы видим небо голубым, согласно этой теории, именно благодаря газам из которых состоит наш воздух (кислород и азот), они излучают голубой цвет. А вот если бы вместо них был бы, например, неон (есть такой газ), то и светилось бы небо красно-оранжевым цветом, но мы бы не смогли наслаждаться этим зрелищем, т.к. не смогли бы дышать.
Поэтому я думаю, что пусть оно и дальше остается голубым, голубой ведь тоже ничего, да?»
«Согласен» — кивнул малыш, а уже через минуту, увидев собаку, задал следующий жизненно важный вопрос: «Папа, а

Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший - синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух - бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом - синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

Глядя на небо в погожий день, мы с самого детства привыкаем его голубому цвету днём и алому на закате и восходе. Голубой цвет неба настолько привычен для нашего глаза, что зачастую даже не возникает вопросов, почему цвет неба именно голубой, а не, например, зелёный или жёлтый. И вправду, почему небо голубого цвета, если главный источник света для Земли – Солнце, которое светит жёлтым светом? (Только не бросайтесь проверять, какого цвета Солнце, без защиты для глаз).

Какого цвета Солнце на самом деле?

Оказывается, что свет, идущий от Солнца, имеет разные цвета. На самом деле, Солнце светит и голубым, и зелёным, и жёлтым, и красным светом. Это было открыто ещё в 17 веке Ньютоном. Мы видим Солнце жёлтым, потому что оно сильнее всего испускает именно жёлтый цвет, а остальные цвета мы можем увидеть только с помощью специальной аппаратуры. Жёлтый свет настолько интенсивный, что человек не может различить другие цвета на его фоне. Это всё равно, что пытаться заметить маленький зелёный или голубой фонарик на фоне огромного жёлтого прожектора.

Как свет попадает на поверхность Земли?

Представьте себе лучи всех цветов радуги, идущие от Солнца к Земле. В космическом вакууме, между Солнцем и Землёй, солнечные лучи летят в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью. Но всё меняется, когда свет Солнца достигает земной атмосферы. Солнечные лучи сталкиваются с молекулами воздуха (состоящего, в основном, из кислорода и азота) и меняют своё направление – рассеиваются. Давайте понаблюдаем за процессом рассеяния света. Вот небольшой «кусочек» солнечного света – фотон, влетает в Земную атмосферу; и сразу же на его пути оказывается какая-нибудь молекула воздуха. Фотон «задевает» эту молекулу, и немного отклоняется от первоначального пути. Пролетев ещё чуть-чуть, фотон опять столкнётся с молекулой воздуха и опять сменит направление. Пока такой «забияка-путешественник» достигнет нашего глаза, он успеет столкнуться с миллиардами молекул и примерно столько же раз изменить направление движения. Свет, проходящий сквозь земную атмосферу, так сильно меняет своё направление, что фотоны начинают двигаться во все стороны, даже в сторону Солнца. Именно поэтому днём небо светлое даже с противоположной Солнцу стороны.

Почему небо голубое?

Оказывается, что цвет света очень сильно влияет на способность отдельных «кусочков света» менять своё направление после столкновения с молекулами воздуха. Чем свет голубее, тем охотнее он меняет направление своего движения при рассеянии в атмосфере. Это значит, что голубой свет рассеивается лучше всех, а бирюзовый уже чуть хуже. Зелёный и жёлтый свет меняют своё направление хуже бирюзового. Ну а менее всего при прохождении атмосферы своё направление меняет красный свет. Он рассеивается примерно в 10 раз хуже, чем голубой. Поэтому получается, что голубой свет, идущий от Солнца, рассеивается по всему небу, и нам кажется, что небо становится голубого цвета. Если бы природа была устроена другим образом, и, например, лучше всего рассеивался бы зелёный свет, то наше небо было бы зелёного цвета.

Почему небо становится красным на закате и на восходе?

Когда Солнце садится или восходит, то солнечному свету приходится пройти более толстый слой воздуха, прежде чем попасть в наш глаз. Это значит, что фотоны, падающие на Землю на закате или восходе, испытают гораздо больше столкновений с молекулами воздуха, чем те, что попадают на Землю в течение дня. Возросшее количество столкновений приводит к тому, что даже красный свет начинает рассеиваться, поэтому небо рядом с солнцем на закате или восходе становится алым.

Константин Кудинов

Дорогие друзья! Если вам понравился этот рассказ, и вы хотите быть в курсе новых публикаций о космонавтике и астрономии для детей, то подписывайтесь на новости наших сообществ