Страница 8 из 12
Световой поток показывает, сколько света даёт источник, и измеряется в люменах (лм).
•
Сила света определяет, сколько света отдаёт источник в одном направлении. Её единица измерения – кандела (кд).
•
Освещённость является показателем количества света, которое падает на поверхность. Она измеряется в люксах (лк).
•
Яркость описывает величину светового потока, исходящего от источника или поверхности, и измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2).
•
Цветовая температура характеризует цветность белых излучений. Она измеряется в градусах Кельвина (К).
•
Глава 4. Естественный свет
– Почему солнце с утра такое радостное?
– Потому что оно знает, что к вечеру будет на западе.
4.1 Источники естественного света
Под естественным светом мы обычно подразумеваем солнечный свет. Действительно, именно Солнце является основным источником освещения для всего живого на нашей планете. Без Солнца Земля погрузилась бы во тьму.
Но, как мы уже говорили в этой книге, в природе существуют и другие источники света. Испускают свечение жуки-светлячки, а также некоторые рыбы. Светятся гнилушки в лесу. В северных районах наблюдаются полярные сияния. Свет сопровождает извержения вулканов. Однако роль всех этих источников в освещении поверхности нашей планеты по сравнению с солнечным светом очень мала.
А как же Луна? На первый взгляд, Луна освещает Землю ночью так же, как Солнце днем. Но в действительности сама она не испускает света, до Земли доходит отражённый её поверхностью солнечный свет.
4.2 Что мы знаем о Солнце
Солнце – самая близкая к нашей планете звезда. Она представляет собой огромный раскалённый шар, который примерно в 109 раз больше Земли.
Расстояние от Земли до Солнца – примерно 150 миллионов километров. Его свет доходит до нас чуть больше чем за восемь минут.
Мощность излучения Солнца составляет 3,8х1026 Вт. Оно излучает свою энергию на всех длинах волн, но не равномерно. Половина этой энергии приходится на видимую область спектра. В свете Солнца преобладают лучи жёлто-зелёного цвета, поэтому солнечный диск кажется нам золотым.
Около 45 процентов энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радиоизлучение приходится лишь пять процентов излучаемой энергии.
Когда же солнечный свет попадает в атмосферу нашей планеты, это соотношение меняется в пользу видимого излучения. Происходит так потому, что атмосфера Земли препятствует прохождению многих видов электромагнитных волн.
Поток солнечных лучей создаёт на внешней границе атмосферы освещённость равную 135 000 лк, а на поверхности Земли – порядка 100 000 лк (в полдень при ясной погоде).
Яркость солнечного диска составляет 2х109 кд/м2, а температура поверхности Солнца 6 000 К. Его свечение похоже на свечение источника с цветовой температурой 6 000 К. Солнце светит почти белым светом.
4.3 Астрономия для декоратора
В художественной литературе иногда можно прочесть, что Солнце ушло или погасло. На самом деле это только метафора, ведь эта звезда никуда не исчезает, и её свет никак не изменяется.
Как мы помним из школьного курса физики, наша планета движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Она также вращается вокруг своей оси, подставляя Солнцу то одну, то другую сторону. На освещённой Солнцем стороне, наступает день, а на неосвещённой – ночь.
Вместе с тем для наблюдателя на Земле Солнце действительно проходит свой ежедневный путь над неподвижной Землёй. На рассвете мы видим, как из-за горизонта на востоке показывается солнечный диск, к полудню он достигает высшей для этого дня точки и затем, двигаясь к западу, исчезает за горизонтом.
4.4 День и ночь
С утра до полудня освещённость Земли увеличивается, с полудня до вечера уменьшается. Увеличение и уменьшение освещённости происходит постепенно. В середине дня Земля получает больше всего солнечных лучей.
Летом в полдень при ясной погоде освещённость земной поверхности достигает 60 000 – 100 000 лк. К моменту захода Солнца она составляет уже около 1 000 лк, а ночью исчисляется сотыми долями люкса. Таким образом, на протяжении суток освещённость поверхности нашей планеты постоянно изменяется.
4.5 Долгота дня
Мы знаем, что зимой световой день, то есть время между восходом и закатом, короче, а летом длиннее. Долгота дня зависит от времени года.
Дело в том, что ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости, в которой наша планета вращается вокруг Солнца, а наклонена к ней. Поэтому каждое из двух полушарий в позиции зимы отклонено от Солнца, а в позиции лета наклонено к нему. Вот почему Новый Год в Москве встречают в шубах, а в Австралии в купальниках.
Наклон земной оси влияет и на дневной путь солнца. Зимой оно поднимается над горизонтом не так высоко и светит не так долго. Например, 22 июня в Москве рассвет наступает в 3:45, закат – в 21:18, долгота дня составляет 17 часов 33 минуты. А 21 декабря рассвет наступает в 8:58, закат – в 15:59, долгота дня составляет семь часов одну минуту.
В летний полдень Солнце поднимается над горизонтом на высоту более 57°, а в зимний – всего на 11°.
4.6 Зима и лето
Летом освещённость поверхности нашей планеты примерно в семь раз больше, чем зимой. Например, в пасмурный летний день она составляет 20 000 лк, а в пасмурный зимний день – только 3 000 лк. Из этого мы можем сделать очевидный вывод, что летом света больше, зимой – меньше.
Зимой световой день короче, а летом длиннее. Долгота дня зависит от времени года. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости, в которой наша планета вращается вокруг Солнца, а наклонена к ней. Поэтому каждое из двух полушарий в позиции зимы отклонено от Солнца, а в позиции лета наклонено к нему.
4.7 Атмосфера
Земля окружена атмосферой – воздушной оболочкой, которая состоит в основном из газов. Также в ней всегда присутствуют разнообразные по происхождению и свойствам частицы.
Такими частицами могут быть капельки воды и кристаллы льда. Из них состоят облака и туманы. Но это могут быть и твёрдые частицы, например, пыль или продукты горения.
Толщина атмосферы составляет примерно 200 – 300 км от поверхности Земли. Дальше начинается космос, безвоздушное пространство.
Атмосфера Земли пропускает видимый свет и защищает нас от вредных излучений. Кроме того, она влияет на то, что мы видим вокруг.
4.8 Прозрачность воздуха и небесный свод
Окружающий нас воздух практически невидим, поскольку образующие его газы бесцветны. Даже не очень чистый воздух в больших городах прозрачнее, чем самая прозрачная жидкость и самое прозрачное стекло. Слой воздуха толщиной в несколько метров мы вообще не видим. На расстоянии нескольких километров воздушная дымка делает очертания удалённых от нас предметов размытыми. Всю же атмосферу в целом мы воспринимаем как небо, купол небосвода. Это впечатление рождается благодаря огромной толще воздуха.
Сделать воздух менее прозрачным может переизбыток твёрдых частиц. Так бывает, например, во время пыльной бури в пустыне. Но чаще всего ухудшают видимость туман и облака. Они состоят из мельчайших капель воды или кристаллов льда. Пока водяной пар сохраняет свойства газа, он такой же прозрачный, как воздух. Поэтому на прозрачность атмосферы он почти не влияет. Но когда начинается превращение пара в воду, в воздухе образуются мельчайшие невидимые глазу водяные капельки. Они как раз уже непрозрачны.
Поэтому в ясную погоду мы видим всё вплоть до горизонта. Для человека среднего роста, стоящего на равнине, горизонт находится на расстоянии около пяти километров. А в густом тумане невозможно что-либо разглядеть уже на расстоянии нескольких метров.