冬の真っ赤な空。空はなぜ昼は青く、夜は赤くなるのですか？

科学の進歩と多くの情報源への自由なアクセスにもかかわらず、なぜ空が青いのかという質問に正しく答えられる人はまれです。

昼間の空はなぜ青い？

白色光、つまり太陽から放射される光は、赤、オレンジ、黄、緑、青、藍、紫の 7 つの色スペクトルで構成されています。学校で知られている数え韻 - 「すべてのハンターはキジがどこに座っているか知りたい」 - は、各単語の頭文字によってこのスペクトルの色を決定します。各色には独自の光の波長があります。赤が最も長く、紫が最も短いです。

私たちの身近な空（大気）は、固体の微粒子、小さな水滴、気体の分子で構成されています。時間が経つにつれて、空が青い理由を説明しようとするいくつかの誤解がありました。

水の最小粒子とさまざまなガスの分子で構成される大気は、青色スペクトルの光線をうまく通過させ、赤色スペクトルの光線が地球に触れることを許可しません。
空気中に浮遊する小さな固体粒子 (ほこりなど) は、青と紫の波を最小限に分散します。このため、スペクトルの他の色とは異なり、地表に到達することができます。

これらの仮説は多くの有名な科学者によって支持されましたが、英国の物理学者ジョン・レイリーの研究は、光散乱の主な原因は固体粒子ではないことを示しました. 光を色成分に分離するのは、大気中のガスの分子です。空でガス粒子と衝突する白い太陽光線が、さまざまな方向に散乱 (散乱) します。

気体分子と衝突すると、白色光の 7 つの色成分がそれぞれ散乱します。この場合、より長い波長の光 (オレンジと黄色も含むスペクトルの赤の成分) は、短波の光 (スペクトルの青の成分) よりも大きく散乱されます。このため、散乱後、青いスペクトル色は赤いスペクトル色よりも 8 倍多く空気中に残ります。

紫は最も短い波長を持っていますが、紫と緑の波長が混ざっているため、空は青く見えます。さらに、私たちの目は紫よりも青をよりよく知覚し、両方の明るさは同じです. 空の配色を決定するのはこれらの事実です。大気は文字通り青青の光線で満たされています。

では、なぜ夕焼けは赤いのでしょうか。

しかし、空は常に青いとは限りません。自然に疑問が生じます: 一日中青い空を見ているのに、なぜ夕焼けは赤いのですか? 上記で、赤がガス分子による散乱が最も少ないことがわかりました。日没の間、太陽は地平線に近づき、太陽光線は日中のように垂直ではなく、ある角度で地球の表面に向けられます。

そのため、大気中を通過する経路は、太陽が高い日中に通過する経路よりもはるかに長くなります。このため、青青スペクトルは大気の厚い層に吸収され、地球には到達しません。そして、赤黄色スペクトルのより長い光波が地球の表面に到達し、空と雲を日没に特有の赤と黄色の色で彩ります。

雲はなぜ白いの？

雲の話題に触れましょう。青い空に白い雲があるのはなぜですか？まず、それらがどのように形成されているかを思い出しましょう。目に見えない蒸気を含む湿った空気は、地表近くで暖まり、上部の気圧が低いために上昇して膨張します。膨張すると、空気が冷えます。一定の温度に達すると、大気中のほこりやその他の浮遊物質の周りに水蒸気が凝縮し、その結果、小さな水滴が形成され、それらが融合して雲が形成されます。

比較的小さいサイズにもかかわらず、水粒子は気体分子よりもはるかに大きいです。そして、空気分子に出会うと太陽光線が散乱し、水滴に出会うと光が反射されます。同時に、最初の白い太陽光線は色を変えず、同時に雲の分子を白く「塗りつぶします」。

なぜ空は青く、夕焼けは赤いのかという問いに答えるのは難しい。

なぜこうなった？

数世紀の間、科学者たちは空の青い色を説明できませんでした。

学校の物理の授業で、プリズムを使用して白色光を構成色に分解できることは誰もが知っています。

それらを覚えるための簡単なフレーズもあります。

このフレーズの単語の頭文字を使用すると、スペクトル内の色の順序を覚えることができます: 赤、オレンジ、黄、緑、青、藍、紫。

科学者たちは、空の青い色は、太陽スペクトルの青色成分が地表に最もよく到達するためであると示唆していますが、他の色はオゾンや大気中に散らばる塵によって吸収されます。説明は非常に興味深いものでしたが、実験や計算によって確認されたわけではありません。

空の青い色を説明しようとする試みは止まらず、1899 年にレイリー卿が理論を提唱し、最終的にこの疑問に答えました。

空の青い色は、空気分子の性質によるものであることが判明しました。太陽から発せられる一定量の光線は干渉を受けずに地球の表面に到達しますが、それらのほとんどは空気分子によって吸収されます。光子を吸収することにより、空気分子は荷電 (励起) され、すでに光子自体を放出しています。しかし、これらの光子は異なる波長を持ち、青色を与える光子がそれらの中で優勢です。空が青く見えるのはそのためです。その日の晴れが多く、曇りが少ないほど、この空の青の色はより飽和します。

しかし、空が青いのに、なぜ日没時に真っ赤になるのでしょうか?この理由は非常に単純です。太陽光スペクトルの赤色成分は、他の色よりも空気分子に吸収されにくいです。日中、太陽の光線は観測者が位置する緯度に直接依存する角度で地球の大気に入ります。赤道ではこの角度は直線に近くなり、極に近づくほど減少します。太陽が移動するにつれて、光線が観察者の目に到達する前に通過する必要がある空気の層が増加します。結局のところ、太陽はもはや頭上ではなく、地平線に向かっています。空気の厚い層が太陽スペクトルの光線のほとんどを吸収しますが、赤い光線はほとんど損失することなく観測者に到達します。夕日が赤く見えるのはそのためです。

私たちの周りの世界は驚くべき不思議に満ちていますが、私たちはそれらに注意を払っていないことがよくあります。春の澄んだ青空や夕焼けの鮮やかな色を眺めていると、時間の変化に合わせて空の色が変わる理由など考えもしません。

私たちは晴れた日の明るい青と、秋になると空がかすんだ灰色になり、明るい色が失われることに慣れています。しかし、なぜこれが起こるのかについて現代人に尋ねると、物理学の学校の知識で武装した私たちの大多数は、この単純な質問に答えることができないでしょう. 一方、説明に複雑なことは何もありません。

色とは？

物理学の学校の授業から、物体の色の知覚の違いは光の波長に依存することを知っておく必要があります。私たちの目は、かなり狭い範囲の波動放射しか区別できません。青が最も短く、赤が最も長くなります。これらの 2 つの原色の間には、さまざまな範囲の波放射によって表現される色知覚のパレット全体があります。

白い太陽光線は、実際にはすべての色範囲の波で構成されています。これは、ガラスのプリズムを通過させることで簡単に確認できます。おそらく、この学校での経験を覚えているでしょう。変化する波長のシーケンスを覚えるために、つまり日光のスペクトルの色のシーケンスは、私たち一人一人が学校で学んだハンターについての面白いフレーズを発明しました: すべてのハンターは知りたい, など.

赤色光の波は最も長いため、透過中の散乱の影響を最も受けにくくなっています。したがって、オブジェクトを視覚的に強調する必要がある場合、主に赤い色を使用します。これは、どんな天候でも遠くからはっきりと見えます。

したがって、停止信号やその他の警告灯は、緑や青ではなく赤です。

夕焼けで空が赤くなるのはなぜ？

日没前の夕方、太陽光線は直接ではなく斜めに地表に当たります。地球の表面が直射日光に照らされている昼間よりもはるかに厚い大気の層を克服しなければなりません。

現時点では、大気はカラーフィルターとして機能し、可視範囲のほぼ全体の光線を散乱させます。ただし、赤は最も長く、したがって干渉に対して最も耐性があります。他のすべての光波は、大気中に存在する水蒸気やほこりの粒子によって散乱または吸収されます。

地平線に対して太陽が低く沈むほど、光線が克服しなければならない大気の層が厚くなります。したがって、それらの色はスペクトルの赤い部分に向かってますますシフトしています。この現象には、赤い夕日が翌日の強い風の前兆であるという民間の兆候が関連付けられています。

風は大気の高い層で発生し、観測者から遠く離れています。斜めの太陽光線は、穏やかな大気よりもはるかに多くのほこりと蒸気がある大気放射の輪郭を描いたゾーンを強調しています。したがって、風の強い日の前には、特に赤く明るい夕日が見られます。

昼間の空はなぜ青い？

光の波の長さの違いも、昼間の空の真っ青さを説明しています。太陽光線が地球の表面に直接当たると、太陽光線が乗り越える大気の層の厚さが最も薄くなります。

光波の散乱は、空気を構成する気体分子と衝突するときに発生します。この状況では、短波長の光範囲が最も安定します。青と紫の光の波。風のない晴れた日には、空は驚くほどの深みと青さを獲得します。しかし、なぜ紫色の空ではなく青い空が見えるのでしょうか?

事実は、色の知覚を担う人間の目の細胞は、紫よりも青をはるかによく知覚するということです。しかし、紫は知覚範囲の端に近すぎます。

そのため、大気中に空気分子以外の散乱成分がなければ、空は真っ青に見えます。都市の暑い夏のように、大気中に十分な量のほこりが現れると、空が薄れ、明るい青が失われるように見えます。

悪天候の灰色の空

秋の悪天候と冬のぬかるみが空を絶望的に灰色にする理由は明らかです。大気中の大量の水蒸気は、白色光ビームのすべての成分を例外なく分散させます。光線は最小の水滴と水分子に押しつぶされ、方向を失い、スペクトルの全範囲で混合します。

したがって、あたかも巨大なディフューザーを通過したかのように、光線が表面に到達します。私たちはこの現象を空の灰白色として認識します。大気から水分が取り除かれるとすぐに、空は再び明るい青色に戻ります。

これを読む：

2011 年 11 月 6 日ロサンゼルスの夕日は血のように真っ赤で、太陽は巨大でした。太陽を囲む空も明るいオレンジレッドでした。それは驚くべき光景でした。人々はそれを見ようと道端で立ち止まった。これは惑星Xが近づいていると思いますか？そして、赤くなったのは尾のせいで、太陽の増加も塵の赤い色のせいですか? [および別の情報源から] 2011 年 11 月 5 日この写真は、インディアナ州ココモの近くで日の出の直前に撮影されました。昨年の夏の終わりから、このようなピンク色の雲や、晴れた日の明け方の空がますます真っ赤になるのをよく見かけます。 2011 年 11 月 3 日この曇った日は、日の出の約 1 時間後に撮影されました。太陽が雲の隙間から覗いており、地平線近くの雲がピンク色であることに注意してください。日の出から約2時間半後、この写真のように水平線の近くにまだほんのりピンク色の雲が見えましたが、この時はまだ一枚も写真を撮っていませんでした。ピンク色は通常、夜明け直後に消えます。今日の午後は曇っていましたが、日没の数時間前に雲がピンク色に変わることに気付きました. 惑星Xの尾が地球に到達し始めた場合、雲は日中によりピンク色になりますか、それとも少しもやがかかって曇っているときに空はより赤くなりますか?

人類は、昇る太陽と沈む太陽が正午よりも大きく、日の出と日没の太陽、および周囲の雲がオレンジ色であるという事実に慣れています。これは、スペクトルの赤の領域で光がより簡単に偏向されるためであると説明しました。そのため、赤の光線は主に地球の重力により地平線上で曲がりますが、スペクトルの他の部分からの光は曲がりません. 太陽から全方向に放射されるスペクトルのこの部分からの光は、地球の重力によって曲げられるため、通常、地球上の観測者の両側から移動する光は、その中心に向かって偏向されます。したがって、それは観察者の目またはカメラに、側面から、および太陽から直接直線的に到達し、より大きな画像を描きます。

惑星Xの尾部からの赤い塵が大気中で増加するにつれて、これはどのように変化するでしょうか? 大気を透過する光は、光スペクトルの赤色領域にますますシフトすることは明らかです。塵が赤く見えるのは、主にスペクトルの赤色領域からの光線を反射し、スペクトルの他の部分からの光線を吸収するためです。では、地球に到達する太陽光が光スペクトルの赤色領域にますます属するようになるとすれば、どのような影響があるでしょうか? もちろん、最近北米で赤いオーロラが観測されたのは、地球と惑星 X の間の重力ダンスが原因の 1 つです。他の歪みはありますか?

注意深い観察者が指摘したように、日没時の太陽は通常よりも大きく見えます。太陽を離れた後の赤いスペクトルの光が地球に向かって偏向される場合、地球の大気中の赤い塵の量の増加は、太陽から地球に向かって来るこれらの光線にどのような影響を与えるでしょうか? 日の出と日没時の太陽の見かけのサイズがさらに大きくなり、地球の重心に向かってさらに偏向することが予想されます。すべての惑星オブジェクトのサイズは歪む可能性があります。月はより大きく、したがって近くに見えることがあり、観察者を邪魔することがあります。当局はこれについて何の説明もせず、いつものように、何も提供せずに沈黙します。 NASA と専門家はさらに当惑し、より不安な人々がインターネットで答えを探し始めるでしょう。赤い塵は終末の予言で言及されており、隠すことはできないからです。

夜になると、空が十分に暗くないように見える現象を観察する機会があります。そして今日、なぜ空が夜に明るいのかについての質問を検討します。

冬の夜はなぜ明るいのか

一年の冬の間、私たちは夏よりもはるかに早く暗くなり始めるという事実だけでなく、通常、昼間でも日中の時間が明るくないように見えるという事実にも慣れています。 . とはいえ、かなり明るい夜を観測する機会もあるので、冬の夜空が明るい理由を考える必要があります。

夜間に空が明るくなる理由は 2 つあります。

夜がいつもほど暗くなく、外に雪の形で降水があることに気付いた場合、雪がそのような明るい空の理由であると確信できます. 雪片はランタンの光と月明かりを反射するため、夜空がより明るく照らされているように見えます。
空が十分に明るく、降水量がない場合、このような現象の原因は、曇りが強くて少ないことが考えられます。雲と雲に注意してください-それらは通常よりも低くなっています。このため、地球からの光の反射体として機能するのは雲であり、明るい空の錯覚の出現につながります。

なぜ夜は昼と同じくらい明るいのですか

地球の表面の夜の照明について質問するときに、たとえばサンクトペテルブルクの領土で観察される、いわゆる「ホワイトナイト」に関する情報に直接興味があった場合、この状況では答えはまったく異なります。

まず、このような白夜がサンクトペテルブルクだけでなく、地球上の他の多くの地域でも見られることは注目に値します。たとえば、グリーンランドにも同様の現象が存在するため、夜になぜグリーンランドが明るいのかという質問に誰かが興味を持つ可能性は十分にあります。

このような現象の出現の理由は、惑星規模のイベントであると考えられています。事実は、ある時点で、地球が特定の軌道に沿って太陽の周りを回転し、それ自体の軸の周りを回転するという事実のために、私たちの惑星はそのような軌道上にあり、夜でも太陽がたとえば、サンクトペテルブルクやグリーンランドなどの領土は、地平線のすぐ下にあります。したがって、夜でも地球の表面に太陽光が散乱し、上記の領域では、通常の夜ではなく、一種の黄昏が観察されます。