Страница 9 из 12

Свет

Ка Марат

4.9 Свет и воздух

Проходя через атмосферу Земли, поток солнечного света меняется. Некоторая его часть доходит до поверхности планеты, сохраняя своё направление. Ещё часть поглощается и переходит в теплоту, нагревающую воздух. Большая же часть лучей рассеивается атмосферой.

Рассеяние происходит тогда, когда на своём пути световой луч встречает маленькую частицу. Это может быть капля тумана, пылинка или даже молекула воздуха. После такой встречи луч меняет направление. Отклонившись от первоначального пути один раз, он может столкнуться с другой частицей и снова изменить свою траекторию.

Каждая частица забирает у падающей на неё волны часть энергии и сама становится источником новых электромагнитных волн – волн рассеянного света. Свет от Солнца, а также от любых других источников рассеивается в воздухе постоянно и повсеместно. Атмосфера в буквальном смысле заполнена рассеянным светом, потоки которого постоянно пересекают её в самых разнообразных направлениях.

4.10 Путь солнечных лучей

В разное время дня солнечные лучи проходят в земной атмосфере разное расстояние до поверхности. Если Солнце находится в зените, то их путь через толщу воздуха станет минимален. Такие лучи будут поглощаться и рассеиваться меньше всего. А по мере того, как Солнце всё больше приближается к горизонту, расстояние увеличивается.

Сразу после рассвета и перед закатом Земле достаются только косые лучи Солнца. А когда оно находится на горизонте, его лучам

приходится проделывать в атмосфере путь, который примерно в полтора раза больше, чем при положении Солнца в зените.

Чем длиннее путь лучей, тем больше энергии они будут терять на этом пути. Чем ближе опускается Солнце к горизонту, тем больше ослабляется и рассеивается его свет. Именно поэтому в полдень всегда жарче, чем на закате.

4.11 Зачем об этом знать художнику и декоратору

При рассеянии световых лучей возникают различные световые явления, интересные для тех, кто занимается визуальными искусствами. Художнику необходимо знать, почему небо голубое, а солнце на закате красное, почему через туман плохо видно, а после заката ещё долго светло. Чтобы найти ответы на эти и другие подобные вопросы, нужно понимать, что происходит с лучом солнечного света в земной атмосфере.

4.12 Освещение Земли

Солнце, небо, облака и сама земная поверхность участвуют в освещении нашей планеты. Земля получает свет Солнца и в виде прямых лучей, и в виде рассеянного света.

Достигая земной поверхности, лучи отражаются от неё и попадают назад в атмосферу. Здесь они участвуют в рассеянии, и часть их вновь возвращается к поверхности, увеличивая освещённость Земли.

Облака в небе играют роль экрана, направляющего к нам потоки отражённого и рассеянного света. В отсутствие облаков эти лучи ушли бы в космическое пространство.

Зима ли у нас или лето, покрыта ли земля травой или снегом, кучевые на небе облака или перистые, полдень или вечер… Эти и многие другие факторы влияют на то, насколько нам светло.

4.13 Облака

Кучевые облака, которые не закрывают собой солнечный диск, могут в несколько раз увеличить освещённость поверхности Земли рассеянным светом. Это происходит потому, что они, как мы теперь знаем, не дают потокам солнечного света уйти из атмосферы.

А вот низкие и плотные слоистые облака уменьшают освещённость в несколько раз. Они покрывают всё небо и снижают интенсивность светового потока.

4.14 Снег и трава

Зимние ночи кажутся светлее, чем летние, поскольку снежный покров отражает солнечный свет лучше, чем трава. Это и понятно, ведь снег имеет белый цвет. Травяной покров способен отразить лишь 25 процентов падающего на него светового потока, а сухой выпавший снег – более 85 процентов.

Из-за снега у альпинистов в горах существует опасность слепоты – повреждения глаз слепящим светом, исходящим не только от Солнца, но и от поверхности заснеженных вершин.

4.15 Ясная и пасмурная погода

При ясном или малооблачном небе главная роль в освещении Земли принадлежит прямым солнечным лучам. Но роль рассеянного света тоже велика. Он освещает те места, куда прямые лучи не попадают. Так, в чаще леса, в глубоком овраге, в комнате, окна которой обращены на север, вполне светло. В пасмурную погоду всё освещает тоже лишь рассеянный свет.

4.16 После заката

Когда Солнце уже скрылось за горизонтом, земная поверхность освещается рассеянным светом. Этот свет исходит от той части небосвода, что ещё освещена солнечными лучами. Благодаря рассеянному свету переход ото дня к ночи и от ночи ко дню происходит не мгновенно, а растягивается на некоторый промежуток времени, называемый сумерками. И при облачном небе ночь наступает позже, чем в ясную погоду. Облака, покрывающие небо, активно участвуют в рассеянии света.

4.17 Ночь

Главным источником света ночью является Луна. Она посылает на Землю свет Солнца, отражённый её поверхностью. Лунная освещённость едва достигает десятитысячных долей процента солнечной (0,0002 – 0,0003%). Однако мы способны видеть и в безлунные ночи. Можно предположить, что нам светят звёзды, но их свет очень слабый. Помимо звёзд, свет исходит от самого ночного неба. Ночное свечение атмосферы – это свечение разрежённых газов, присутствующих в составе воздуха на высотах от 80 до 300 километров.

4.18 Почему Солнце на закате красное?

Как мы уже говорили, солнечный диск имеет белый цвет с жёлтым оттенком, потому что большая часть испускаемых им видимых лучей лежит в жёлто-зелёной части спектра.

Днём мы можем наблюдать истинный цвет ближайшей к нам звезды. Но на закате небесное светило всегда краснеет. Почему так происходит?

Солнечный свет рассеивается атмосферой, причём лучи разного цвета подвержены этому в разной степени. Фиолетовые будут рассеиваться намного сильнее, чем красные (в точном выражении в 16 раз).

Прямой свет теряет за счёт рассеяния в основном синие и фиолетовые лучи. На цвет Солнца в зените это не оказывает большого влияния. Но когда оно опускается к горизонту, его лучи вынуждены проходить в атмосфере всё больший и больший путь, и они все сильнее рассеиваются атмосферой.

В процессе рассеяния потери коротковолновых, то есть фиолетовых, синих и голубых лучей, становятся всё более заметными. Таким образом, из светового потока до земной поверхности доходят преимущественно длинноволновые лучи – красные и оранжевые. Поэтому цвет Солнца становится сначала оранжевым, а затем красным.

4.19 Почему небо голубое?

В предыдущем разделе мы упомянули о том, что фиолетовые лучи, входящие в состав белого солнечного света, воздух рассеивает в 16 раз сильнее, чем красные. Следовательно, в рассеянном свете их в 16 раз больше. Синие лучи подвержены этому меньше, чем фиолетовые, но больше, чем голубые.

Если все цветные рассеянные лучи смешать в том соотношении, в котором они доходят до поверхности нашей планеты, то эта смесь будет иметь голубой оттенок. Именно поэтому мы видим небо голубым.

Красный цвет закатного Солнца и голубой цвет неба – всё это следствия рассеяния. После того как прямой солнечный свет проходит сквозь толщу воздуха, в нём остаются преимущественно длинноволновые лучи (красные), а в рассеянный свет попадают коротковолновые (голубые).

4.20 Почему облака и туманы белые?

Облака и туманы тоже рассеивают свет, но иначе воздуха. В облаках лучи всех длин волн рассеиваются одинаково. Этим объясняется их белый цвет. В воздухе лучи разных длин волн рассеиваются по-разному, а при рассеянии на капельках воды (из которых состоят облака и туман) все они рассеиваются однообразно. Это сильно влияет на окраску неба. Когда атмосфера становится менее прозрачной и в воздухе появляется дымка, небо больше не кажется таким голубым, как при ясной погоде. Капельки воды в воздухе уменьшают синеву неба, делая его белёсым.