Почему в полдень Солнце белое, а во время восхода и захода солнца красное?

Солнце часто выглядит красным, особенно когда оно встает или садится, потому что именно тогда солнечный свет должен проходить через большую часть атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя.

Странно, как солнце, которое обычно изображается желтым в школьных учебниках, принимает так много других цветов всего за 24 часа.

Когда оно поднимается над горизонтом, оно обычно имеет красный оттенок. Когда оно поднимается выше по небу, оно теряет эту красноту и становится все более ярким, в конце концов, кажется ослепительно белым в полдень. Конечно, днем солнечный свет настолько яркий, что нельзя (и не следует) смотреть на солнце напрямую, но если наблюдать его через защитные очки, то оно будет казаться белым. Затем, когда оно заходит, оно приобретает красноватый оттенок.

В этой статье мы обсудим, почему солнце кажется красноватым во время заката и восхода солнца, но белым в полдень.

Солнечный свет и атмосфера Земли

Атмосфера Земли состоит из нескольких газов, водяного пара и частиц пыли. Преимущества наличия этого защитного газового слоя, окружающего нашу планету, слишком много, чтобы перечислять — он поддерживает все формы жизни на Земле, предоставляя газы, необходимые для биохимических процессов, защищает жителей планеты, защищая их от вредных солнечных лучей (при этом удерживая его тепло, что является бонусом) и отражают почти всех неприятных захватчиков (неодушевленных) из космоса.

Большинство космических объектов сгорают при входе в атмосферу нашей планеты.

Помимо обеспечения этих важнейших ресурсов, которые обеспечивают выживание всех форм жизни на Земле, атмосфера также вызывает некоторые интересные явления, такие как течение ветра, синий цвет неба и различные цвета солнца в разное время суток.

Почему во время восхода солнца солнце кажется красным?

Солнечный свет, как известно, представляет собой комбинацию различных форм электромагнитного излучения. Вам знаком термин «электромагнитное излучение»?

Определенно должен, потому что именно благодаря специфическому типу электромагнитного излучения (видимому свету) вы даже можете прочитать эту статью!

Радиоволны (используются в смартфонах и всех устройствах беспроводной связи), инфракрасное излучение (используются в очках ночного видения и телевизионных пультах), рентгеновские лучи (используются в области медицины и здравоохранения) и гамма-лучи (связанные с ядерной энергетикой) — все это примеры электромагнитного излучения.

Как упоминалось ранее, солнечный свет состоит из электромагнитного излучения. Хотя Солнце испускает ВСЕ виды электромагнитного излучения, большая часть солнечного света состоит из видимого света, ультрафиолетовых лучей и инфракрасных лучей (тепла).

Вы можете вспомнить, как читали в школьном классе по естествознанию, что солнечный свет чисто белый, потому что он представляет собой комбинацию всех семи цветов радуги, каждая из которых имеет разную длину волны.

Когда солнечный свет (состоящий из цветов с разной длиной волны) достигает нашей планеты и попадает в атмосферу, частицы, присутствующие в последней, имеют тенденцию рассеивать свет с более короткой длиной волны (а именно, синий и фиолетовый), пропуская при этом цвета с более длинной длиной волны (например, красный, желтый и оранжевый).

Поскольку волны более красной длины от небесных тел (таких, как солнце или луна) проникают в слои нашей атмосферы лучше, чем другие цвета, солнце выглядит красным, если смотреть вблизи горизонта.

Обратите внимание на красноватый оттенок восходящего солнца.

И почему солнце выглядит особенно красным, когда оно заходит или восходит?

Потому что во время заката или восхода солнца солнечный свет должен пройти через максимальное количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя. Из-за этого солнечный свет рассеивает больше синего света, из-за чего солнце становится более красным, когда оно встает или садится.

Фактически, естественное явление, известное как Рэлеевское рассеяние (названное в честь британского физика лорда Рэлея), диктует, что более короткие длины волн (синий) света рассеиваются легче, чем более длинные (красные).

Вот почему небо кажется голубым, а солнце — или иногда даже луна — красным или оранжевым.

Почему в полдень солнце кажется белым?

Тот же принцип применим и в этом случае. Когда Солнце находится прямо над головой, оно должно пройти через наименьшее количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя на поверхности Земли. Это означает, что у него нет возможности столкнуться с таким количеством составляющих частиц атмосферы.

Когда солнце находится прямо над головой, оно приобретает ярко-белый оттенок.

Благодаря этому все цвета солнечного света почти с одинаковой интенсивностью достигают глаз наблюдателя; сочетание всех этих длин волн придает солнцу ослепительно белый оттенок (который НЕ следует наблюдать невооруженным глазом).

В заключение следует отметить, что Солнце кажется красным, потому что красный свет проникает в атмосферу более эффективно, чем другие цвета, именно поэтому те небесные тела, которые видны с Земли, имеют красновато-оранжевый оттенок, в зависимости от времени суток и их места на небе!

Источник

Удивительное в солнечных закатах.

1. Звезда по имени Солнце.

Солнце — это обычная звезда, возраст ее около 5 миллиардов лет. В центре Солнца температура достигает 14 миллиардов градусов. В солнечном ядре происходит превращение водорода в гелий с выделением огромного количества энергии. На поверхности Солнце имеет пятна, происходят яркие вспышки и можно увидеть взрывы колоссальной силы. Солнечная атмосфера имеет толщину 500 км и называется фотосферой. Поверхность Солнца — пузырчатая. Эти пузыри называются Солнечной зернистостью, и разглядеть ее можно только через солнечный телескоп. Благодаря конвекции в солнечной атмосфере, тепловая энергия из нижних слоев переносится в фотосферу, придавая ей пенистое строение. Солнце вращается не как твердое небесное тело вроде Земли. В отличие от Земли различные части Солнца вращаются с различными скоростями. Быстрее всего крутится экватор, делая один оборот за 25 дней. При удалении от экватора скорость вращения снижается, и в полярных областях поворот занимает уже 35 дней. Солнце будет еще существовать 5 миллиардов лет, постепенно нагреваясь и увеличиваясь в размерах. Когда весь водород в центральном ядре израсходуется, Солнце будет в 3 раза больше, чем теперь. В конце концов, Солнце остынет, превратившись в белый карлик. У полюсов Солнца ускорение свободного падения 274 м/c 2 . Химический состав: водород (90%), гелий (10%), остальные элементы менее 0,1%. Солнце удалено от центра нашей галактики на 33000 световых лет. Оно движется вокруг цента галактики со скоростью 250км/с, делая полный оборон за 200000000 лет.

Очень интересно наблюдать за солнцем при помощи телескопа. Можно рассмотреть потемнение края солнечного диска, солнечные пятна, факельные поля и даже грануляцию.

Солнечные пятна это выбросы кусков магмы на некоторую высоту солнечной поверхности. Солнечные пятна появляются на поверхности Солнца неравномерно по времени и с разной интенсивностью (масса, скорость выделения). Поэтому пока нельзя точно определить период вращения звезды вокруг своей оси. Звезда по имени Солнце окутано, горячим и горящим газом, внешние слои которого на высоте солнечных пятен вращаются вокруг Солнца быстрее, чем сами пятна. Солнечные пятна совершают полный оборот вокруг Солнца за 27,5 дней (среднее значение). Точнее на экваторе за 25 дней, а удаляясь от экватора скорость солнечных пятен уменьшается и у полюсов равна примерно от 31 дней до 36 дней. Поэтому ученые решили, что Солнце вращается, каждые 25 дней на экваторе и медленнее вращается в более высоких широтах, до 35 дней в полюсах.

Чтобы рассмотреть наиболее характерные детали поверхности Солнца иногда советуют спроектировать изображение Солнца на экран в хорошо затемненной комнате и тогда можно рассмотреть Солнечное затмение, структуру пятен и факельные поля. Для этого изготавливается камера из черной бумаги, в которую помещается окулярная часть вместе с экраном, но рассматривать изображение можно только одному человеку.

2. Удивительное в солнечных закатах.

Наблюдаемая картина заката солнца зависит всякий раз от состояния атмосферы и определяется типом и формой облаков, подсвечиваемых лучами заходящего солнца. Поэтому один закат так не похож на другой. И всегда солнечные закаты необычайно красивы.

Что удивительного мы видим в закате солнца. Если закат наблюдается при ясном, безоблачном небе, линия горизонта прямая – солнце садится в море.

Прежде всего бросается в глаза красноватый цвет заходящего солнца и такой же цвет неба вблизи него. Часто этот цвет оказывается нежно-красным, почти розовым, но иногда солнечный диск выглядит ярко-красным и даже багровым. Согласно народным приметам, если заря на закате или восходе солнца золотистая, светло-розовая, то будет ясная погода. Красное заходящее солнце предвещает ветреную погоду.

Посмотрев на заходящее за линию горизонта солнце сквозь темноватое или слегка закопченное стекло, нетрудно заметить, что цвет солнечного диска имеет разные оттенки в разных точках. У самой линии горизонта он краснее, а в верхней части диска переходит постепенно в цвет более светлых тонов. Иногда изменение цвета по поверхности солнечного диска можно видеть и без всяких стекол.

Обратите внимание на некоторую сплюснутость заходящего солнца по вертикали. В момент, когда нижний край солнца касается линии горизонта, поперечник солнечного диска в вертикальном направлении виден под углом 26 градусов, горизонтальный же поперечник виден под углом 32 градуса.
Отдельного разговора заслуживает наблюдаемый иногда при закате солнца зеленый луч. Яркий зеленый свет вспыхивает на несколько секунд., когда почти весь солнечный диск скрылся за горизонтом. Это впечатляющее зрелище можно наблюдать в такие вечера, когда солнце до самого заката ярко светит и почти не изменяет своего цвета, оставаясь желтым или, в крайнем случае, желтовато-оранжевым. Астроном Г.А.Тихов много лет изучал удивительное явление зеленого луча. Он выяснил, что если солнце при закате красноватого цвета и на него легко смотреть, то можно с уверенностью утверждать – зеленого луча не будет. Напротив, если солнце не очень изменило свой бело-желтый цвет и садится ярким, то можно предполагать, что зеленый луч появится. Важно, чтобы горизонт имел отчетливую линию, без всяких неровностей: ближнего леса, строений и т.п. Этих условий легче всего достичь на море, вот почему зеленый луч хорошо известен людям моря.

Привожу характерное описание зеленого луча, данное одним из очевидцев «Я смотрел на заходящее солнце. Вдруг, в тот момент, когда уже почти весь диск опустился в океан, оставшаяся его часть вместо желто-красной стала зеленой, испустила во все стороны зеленые, как трава, лучи и исчезла». В романе Жюля Верна «Зеленый луч» описываются приключения путешественников, занятых поисками зеленого луча. «… Если посчастливится видеть это явление, — написано в романе, — то обратите внимание на то, что последний луч солнца оказывается не красным, а зеленым. Да, да, он будет иметь чудесный зеленый цвет, такой зеленый, какой не может создать ни один художник на своей палитре. Подобный зеленый цвет нельзя найти и в растительном мире, несмотря на всё множество и разнообразие его цветов и оттенков, его не встретить и в самых ярких морях. Если есть зеленый цвет в раю, то он не может быть иным, ибо это настоящий цвет надежды!» Жители некоторых островов называют зелёный луч «живым светом».
Ещё одно удивительное явление можно наблюдать при закате. Иногда солнце кажется заходящим не за четко просматриваемую линию горизонта, а за некоторую невидимую линию, находящуюся над горизонтом .Интересно, что это явление наблюдается в отсутствии какой-либо облачности на горизонте.
Если быстро подняться на вершину холма (на верхний этаж здания, на верхнюю палубу большого теплохода), то можно наблюдать ещё более странную картину: теперь солнце заходит за линию горизонта, но при этом солнечный диск оказывается как бы перерезанным горизонтальной «слепой полосой». Солнце постепенно опускается все ниже, а положение «слепой полосы» по отношению к линии горизонта сохраняется неизменным .

3. Красный свет заходящего солнца.

Почему небо имеет голубой цвет? Почему заходящее солнце становится красным? Оказывается, в обоих случаях причина одна – рассеяние солнечного света в земной атмосфере.

Это было понято не сразу. Для объяснения голубизны небосвода выдвигались в свое время различные гипотезы. Пытались объяснить голубой цвет неба как результат смешивания в определенных пропорциях «света и тьмы». Предполагали, что частицы воздуха окрашены в голубой цвет. Допускали, что голубое свечение неба есть свечение люминесценции частиц воздуха, возникающие при облучении этих частиц солнечным светом. Сегодня все эти объяснения рассматривают как несостоятельные.
Их несостоятельность была доказана уже более ста лет тому назад, в 1869 году, когда Дж. Тиндаль выполнил свой знаменитый опыт. Этот опыт был воспроизведен в домашних условиях. Используется аквариум прямоугольной формы, наполненный водой и направляется на стенку аквариума слабо расходящийся пучок света от диапроектора. Чтобы пучок был достаточно узким, вставим в диапроектор вместо слайда кусочек плотной чёрной бумаги с отверстием в центре диаметром 2…3 мм. Опыт проводится в затемнённом помещении. Для усиления сетевого пучка при его прохождении через аквариум можно добавить в воду немного молока и тщательно размешаем жидкость. Содержащиеся в молоке частички жира не растворяются в воде; они находятся во взвешенном состоянии и способствуют рассеянию света. Можно наблюдать голубоватый оттенок у рассеянного света. Свет же, прошедший сквозь аквариум, приобретает красноватый оттенок. И так, если смотреть на световой пучок в аквариуме сбоку, он представляется голубоватым, а с выходного торца – красноватым (рис. 5 .) Это можно объяснить, если предположить, что синий цвет рассеивается сильнее, чем красный; при прохождении белого светового пучка через рассеивающую среду. Из него рассеивается в основном «синий компонент», поэтому в выходящем из среды пучке начинает преобладать «красный компонент».

В 1871 году Дж. Стретт (Рэлей) именно так и объяснил результаты опытов Тиндаля. Он построил теорию рассеяния световых волн на частицах, размеры которых намного меньше длины световой волны. Установленный Рэлеем закон утверждает: интенсивность рассеянного света пропорциональна четвертой степени частоты света или, иначе говоря, обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны.

Если применить закон Рэлея к рассеянию солнечного света в земной атмосфере, то нетрудно объяснить и голубой цвет дневного неба, и красный цвет солнца при восходе и закате. Поскольку интенсивнее рассеиваются световые с более высокими частотами, то, следовательно, спектр рассеянного света будет сдвинут в сторону высоких частот, а спектр света, остающегося в пучке (после того как испытавший рассеянье свет покинул пучок), будет сдвинут, естественно, в обратную сторону – к более низким частотам .В первом случае белый цвет становится голубым, а во втором — красноватым. Глядя на дневное небо, люди воспринимают свет, рассеянный в атмосфере; согласно закону Рэлея, спектр этого света сдвинут в сторону более высоких частот, отсюда голубой цвет неба. Глядя на солнце, наблюдатель воспринимает свет, прошедший через атмосферу без рассеяния; спектр этого света сдвинут к низким частотам. Чем ближе солнце к линии горизонта, тем более длинный путь проходят в атмосфере световые лучи, прежде чем попадут к наблюдателю, тем в большей мере сдвигается их спектр. В результате заходящее (восходящее) солнце мы видим в красных тонах. Вполне понятно также, почему нижняя часть заходящего солнечного диска выглядит более красной, нежели его верхняя часть.

5. Рефракция света в атмосфере.

Для наблюдения многих интересных явлений наблюдаемых при закате (восходе) солнца, необходимо учитывать рефракцию света в атмосфере. Под этим термином понимают искривление световых лучей при прохождении в атмосфере, вызванное оптической неоднородностью атмосферного воздуха. Здесь речь идет не о тех локальных неоднородностях, которые связаны с флуктуациями плотности воздуха, а об изменениях плотности воздуха (значит, и показателя преломления) с высотой или при нагревании и охлаждении.

Показатель преломления среды n = c / v , где с – скорость света в вакууме, а v – скорость света в данной среде; скорость v всегда меньше скорости с и зависит от плотности среды. Чем плотнее воздух, тем меньше v и, значит, тем больше показатель преломления воздуха. Плотность воздуха понижается при переходе от нижних слоев атмосфера к верхним. Уменьшается она также с нагреванием и зависит от ветра.
Различают астрономическую и земную рефракцию. В первом случае рассматривается искривление световых лучей, приходящих к земному наблюдателю от небесных тел (Солнца, Луны, звезд, искусственных спутников), а во втором – от земных объектов. В обоих случаях вследствие искривления лучей наблюдатель видит объект не в том направлении, которое соответствует действительности; объект может представляться искаженным. Возможно наблюдение объекта даже тогда, когда тот находится за линией горизонта.
Представим на минуту, что атмосфера состоит из оптически однородных горизонтальных слоев; показатель преломления скачком меняется от слоя к слою, постепенно возрастая при переходе от верхних слоев к нижним. Такая ситуация показана на рисунке 7, где атмосфера условно представлена в виде трех слоев с показателями преломления n 1 , n 2 , n 3 , причем n 1
Согласно современным данным, максимальный угол рефракции составляет 35 градусов. Когда мы, любуясь на морском берегу солнечным закатом (восходом), видим, как нижний край светила коснулся линии горизонта (выплыл из-за горизонта), мы обычно не осознаем, что в действительности этот край находится на 35 градусов ниже линии горизонта.

Интересно, что верхний край солнечного диска приподнимается вследствие рефракции света меньше, чем нижний, т. е. не на 35 градусов, а только на 29. Ведь рефракция уменьшается по мере уменьшения зенитного расстояния. Именно по этому заходящее солнце и кажется наблюдателю сплюснутым по вертикали.

Искривление лучей в атмосферном воздухе приводит к тому, что наблюдатель видит солнечный диск слегка сплюснутый в вертикальном направлении.

7. Зелёный луч.

Возникновение зеленого луча можно объяснить, если принять во внимание изменение показателя преломления с частотой света.

Обычно показатель преломления растет с увеличением частоты. Лучи с более высокой частотой преломляются сильнее. Значит, сине-зеленые лучи претерпевают более сильную рефракцию по сравнению с красными лучами.

Допустим, что рефракция в атмосфере есть, а вот рассеяния света нет. В этом случае верхний и нижний край солнечного диска вблизи линии горизонта должны быть окрашенными в цвета радуги. Пусть для простоты в спектре солнечного света имеются всего два цвета _ зеленый и красный; «белый» солнечный диск можно рассматривать в данном случае в виде наложенных друг на друга зеленого и красного дисков. Рефракция света в атмосфере приподнимает над горизонтом зеленый диск в большей степени, чем красный. Поэтому наблюдатель должен был бы видеть заходящее солнце таким, каким оно показано на рисунке. Верхний край солнечного диска был бы зеленым, а нижний красным; в центральной же части диска наблюдалось бы смещение цветов, т. е. наблюдался бы белый цвет.

В действительности же нельзя не учитывать рассеяние света в атмосфере. Как мы уже знаем. Оно приводит к тому, что из светового пучка, идущего от солнца, выбывают более эффективно лучи с более высокой частотой. Так что зеленой каемки сверху диска мы не увидим, а весь диск будет выглядеть не белым, а красноватым. Если, однако, почти весь солнечный диск ушел за горизонт, остался лишь самый верхний его краешек, и при этом стоит ясная и тихая погода, воздух чист (так что рассеяние света минимально), то в этом случае мы можем увидеть ярко-зеленый край солнца вместе с россыпью ярких зеленых лучей.

8.Кажущееся увеличение размеров заходящего Солнца.

Многие обращали внимание на то, что у горизонта солнечный диск кажется заметно более крупным, нежели в зените. Увеличение размеров заходящего солнца – это не более, чем оптическая иллюзия. Измерения показывают, что углы, под какими виден диск солнца в зените и у горизонта, — одни и те же.

Чем же можно объяснить эту оптическую иллюзию? На этот счет высказываются разные соображения. Например, полагают, что иллюзия объясняется психологией нашего восприятия «небесного свода»: он представляется нам не полусферой, а куполом, как бы прижатым (приплюснутым) к земной поверхности. Чтобы убедиться в этом, попробуем «на глазок» разделить пополам воображаемую дугу, соединяющую наивысшую точку «небесного свода» с какой – либо точкой на линии горизонта. Можно не сомневаться, что вы укажете на упомянутой дуге точку, направление на которую составит с земной поверхностью совсем не 45 градусов, а существенно меньший; обычно указывают угол между 20 и 30 градусами. Кажущаяся приплюснутость «небесного свода» приводит к тому, что, когда мы наблюдаем, солнце в зените, то мысленно помещаем его гораздо ближе к себе, чем тогда, когда смотрим на заходящее солнце и помещаем его в нашем сознании за дальней линией горизонта. Известно, что если удаленный объект виден под таким же углом, что и близкий объект, то это означает, что первый объект больше второго. Обычно мы даже не задумываемся над тем, что дальний объект должен быть в данном случае более крупным; мы воспринимаем его таким подсознательно. Вот почему заходящее солнце представляется нам более крупным, чем солнце в зените.

Существует и другое объяснение иллюзии увеличения размеров заходящего солнца. По сравнению с предыдущим это объяснение представляется нам более простым и естественным. Оно связано с психологией нашего восприятия размеров объектов, наблюдаемых в далекой перспективе. Как известно по мере удаления от нас различные объекты на поверхности земли делаются в наших глазах все меньше и меньше. Можно сказать, что по мере приближения к линии горизонта размеры объектов как бы устремляются к нулю; точнее говоря, устремляется к нулю угол, под каким видны эти объекты. В отличие от них приближающееся к линии горизонта светило наблюдается нами под неизменным углом; по этой причине оно и воспринимается нашим сознанием как преувеличенно большое.

Источник