Svět kolem nás je plný úžasných zázraků, ale my jim často nevěnujeme pozornost. Při obdivování jasné modři jarní oblohy nebo zářivých barev západu slunce nás ani nenapadne, proč obloha mění barvu se změnou denní doby.
Jsme zvyklí na jasně modrou za pěkného slunečného dne a na to, že na podzim se obloha stává šedou a ztrácí své jasné barvy. Ale pokud se zeptáte moderního člověka na to, proč se to děje, pak drtivá většina z nás, jednou vyzbrojených školními znalostmi fyziky, pravděpodobně nebude schopna na tuto jednoduchou otázku odpovědět. Mezitím ve vysvětlení není nic složitého.
co je barva?
Ze školního kurzu fyziky bychom měli vědět, že rozdíly ve vnímání barev předmětů závisí na vlnové délce světla. Naše oko dokáže rozlišit pouze poměrně úzký rozsah vlnového záření, přičemž modrá je nejkratší a červená nejdelší. Mezi těmito dvěma základními barvami leží celá naše paleta vnímání barev, vyjádřená vlnovým zářením v různých rozsazích.
Bílý sluneční paprsek se ve skutečnosti skládá z vln všech barevných rozsahů, což lze snadno ověřit průchodem přes skleněný hranol – asi si na tuto školní zkušenost pamatujete. Abychom si zapamatovali sled měnících se vlnových délek, tzn. sled barev ve spektru denního světla, vymyslel vtipnou frázi o lovci, kterou se každý z nás naučil ve škole: Každý lovec to chce vědět atd. 
Protože vlny červeného světla jsou nejdelší, jsou nejméně náchylné k rozptylu během přenosu. Když tedy potřebujete nějaký předmět vizuálně zvýraznit, používají hlavně červenou barvu, která je za každého počasí dobře viditelná z dálky.
Proto je signál k zastavení nebo jakékoli jiné výstražné světlo červené, nikoli zelené nebo modré.
Proč se obloha při západu slunce zbarví do červena?
Ve večerních hodinách před západem slunce dopadají sluneční paprsky na zemský povrch pod úhlem, a ne přímo. Musí překonat mnohem silnější vrstvu atmosféry než ve dne, kdy je povrch Země osvětlen přímými slunečními paprsky.
Atmosféra v této době funguje jako barevný filtr, který rozptyluje paprsky téměř celého viditelného rozsahu, kromě těch červených, které jsou nejdelší, a tedy nejodolnější vůči rušení. Všechny ostatní světelné vlny jsou buď rozptýleny nebo absorbovány vodní párou a prachovými částicemi přítomnými v atmosféře.
Čím níže klesá slunce vzhledem k horizontu, tím silnější vrstvu atmosféry musí světelné paprsky překonat. Proto se jejich barva stále více posouvá směrem k červené části spektra. S tímto jevem je spojeno lidové znamení, které říká, že červený západ slunce předpovídá silný vítr následující den. 
Vítr vzniká ve vysokých vrstvách atmosféry a ve velké vzdálenosti od pozorovatele. Šikmé sluneční paprsky zvýrazňují narýsovanou zónu atmosférického záření, ve které je mnohem více prachu a par než v klidné atmosféře. Proto před větrným dnem vidíme zvláště červený, jasný západ slunce.
Proč je obloha přes den modrá?
Rozdíly v délce světelných vln také vysvětlují čistou modř denní oblohy. Když sluneční paprsky dopadají přímo na povrch země, vrstva atmosféry, kterou překonávají, má nejmenší tloušťku.
K rozptylu světelných vln dochází při jejich srážce s molekulami plynu, které tvoří vzduch, a v této situaci je nejstabilnější oblast krátkovlnného světla, tzn. modré a fialové světelné vlny. Za krásného bezvětrného dne získává obloha úžasnou hloubku a modrou barvu. Ale proč potom vidíme modrou a ne fialovou oblohu?
Faktem je, že buňky lidského oka, které jsou zodpovědné za vnímání barev, vnímají modrou mnohem lépe než fialovou. Přesto je fialová příliš blízko k okraji rozsahu vnímání.
To je důvod, proč vidíme oblohu jako jasně modrou, pokud v atmosféře nejsou žádné rozptylující složky, kromě molekul vzduchu. Když se v atmosféře objeví dostatečně velké množství prachu – například v horkém létě ve městě – obloha jakoby vybledne a ztratí svou jasně modrou barvu.
Šedá obloha špatného počasí
Nyní je jasné, proč podzimní špatné počasí a zimní sněhová břečka činí oblohu beznadějně šedou. Velké množství vodní páry v atmosféře vede k rozptýlení všech složek bílého světelného paprsku bez výjimky. Světelné paprsky se drtí v nejmenších kapičkách a molekulách vody, ztrácejí směr a mísí se v celém rozsahu spektra. 
Světelné paprsky se proto dostávají na povrch, jako by procházely obřím difuzorem. Tento jev vnímáme jako šedobílou barvu oblohy. Jakmile je vlhkost z atmosféry odstraněna, obloha se opět změní na jasně modrou.
Každý ví, že v závislosti na nebeském bodě, ve kterém Slunce pozorujeme, se jeho barva může značně lišit. Například v zenitu je bílá, při západu slunce červená a někdy dokonce karmínová. Ve skutečnosti je to pouze zdání – nemění se barva našeho svítidla, ale jeho vnímání lidským okem. Proč se tohle děje? 
Sluneční spektrum je kombinací sedmi základních barev – vzpomeňte si na duhu a slavné rčení o lovci a bažantovi, které určuje barevnou sekvenci: červená, žlutá, zelená a tak dále až do fialové. Ale v atmosféře naplněné různými typy aerosolových suspenzí (vodní pára, prachové částice) se každá barva rozptyluje jinak. Například fialová a modrá se nejlépe rozptýlí a červená je horší. Tento jev se nazývá rozptyl slunečního světla.
Důvodem je, že barva je ve skutečnosti elektromagnetická vlna určité délky. V souladu s tím mají různé vlny různé vlnové délky. A oko je vnímá v závislosti na tloušťce atmosférického vzduchu, který jej odděluje od zdroje světla, tedy Slunce. V zenitu se jeví jako bílá, protože sluneční paprsky dopadají na zemský povrch v pravém úhlu (přirozeně se myslí to místo na povrchu, kde se nachází pozorovatel), a tloušťka vzduchu, která ovlivňuje lom světla. světlo je relativně malé. Bílá osoba se zdá být kombinací všech barev najednou. 
Mimochodem, obloha se jeví jako modrá také kvůli rozptylu světla: protože modré, fialové a modré barvy, které mají nejkratší vlnové délky, se v atmosféře rozptylují mnohem rychleji než zbytek spektra. Tedy procházející červené, žluté a další paprsky s delší vlnovou délkou, atmosférické částice vody a prachu v sobě rozptylují modré paprsky, které dávají obloze její barvu.
Čím dále se Slunce pohybuje po své obvyklé denní dráze a klesá k horizontu, tím větší je tloušťka vrstvy atmosféry, kterou musí sluneční paprsky procházet, a tím více se rozptylují. Červená je nejodolnější vůči rozptylu, protože má nejdelší vlnovou délku. Proto je pouze on vnímán očima pozorovatele, který se dívá na zapadající hvězdu. Zbývající barvy slunečního spektra jsou zcela rozptýleny a absorbovány aerosolovou suspenzí v atmosféře.
V důsledku toho existuje přímá závislost rozptylu spektrálních paprsků na tloušťce atmosférického vzduchu a hustotě suspenze, kterou obsahuje. Živé důkazy toho lze pozorovat u globálních emisí látek hustších než vzduch, například sopečného prachu, do atmosféry. Takže po roce 1883, kdy došlo ke slavné erupci sopky Krakatau, byly na nejrozmanitějších místech planety poměrně dlouho vidět rudé západy slunce mimořádné jasnosti.
Za jasného slunečného dne vypadá obloha nad námi jasně modrá. Večer západ slunce barví oblohu do červena, růžova a oranžova. Proč je tedy nebe modré a co dělá západ slunce červeným?
Jakou barvu má slunce?
Samozřejmě, že slunce je žluté! Všichni obyvatelé země odpoví a obyvatelé Měsíce s nimi nebudou souhlasit.
Ze Země se Slunce jeví jako žluté. Ale ve vesmíru nebo na Měsíci by se nám Slunce zdálo bílé. Ve vesmíru není žádná atmosféra, která by rozptylovala sluneční světlo.
Na Zemi jsou některé krátké vlnové délky slunečního světla (modrá a fialová) absorbovány rozptylem. Zbytek spektra vypadá žlutě.
A ve vesmíru vypadá obloha místo modré tmavé nebo černé. Je to důsledek nepřítomnosti atmosféry, proto se světlo nijak nerozptyluje.
Když se ale zeptáte na barvu slunce večer. Někdy bude odpovědí, že slunce je ČERVENÉ. Ale proč?
Proč je slunce při západu slunce červené?
Jak se Slunce pohybuje směrem k západu, sluneční světlo musí překonat větší vzdálenost v atmosféře, aby se dostalo k pozorovateli. K našim očím dopadá méně přímého světla a Slunce se jeví méně jasné.
Protože sluneční světlo musí cestovat na delší vzdálenosti, dochází k většímu rozptylu. Červená část spektra slunečního záření prochází vzduchem lépe než modrá část. A vidíme rudé slunce. Čím níže Slunce klesá k obzoru, tím větší je vzduchová „lupa“, přes kterou jej vidíme, a tím je červenější.
Ze stejného důvodu se nám Slunce zdá být v průměru mnohem větší než ve dne: vzduchová vrstva hraje pro pozemského pozorovatele roli lupy.
Obloha kolem zapadajícího slunce může být namalována v různých barvách. Obloha je nejkrásnější, když vzduch obsahuje mnoho malých částeček prachu nebo vody. Tyto částice odrážejí světlo ve všech směrech. V tomto případě jsou rozptýleny kratší světelné vlny. Pozorovatel vidí světelné paprsky delších vlnových délek, a tak se obloha jeví jako červená, růžová nebo oranžová.
Viditelné světlo je forma energie, která může cestovat vesmírem. Světlo ze slunce nebo žárovky se jeví jako bílé, i když je ve skutečnosti směsí všech barev. Hlavní barvy, které tvoří bílou barvu, jsou červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, indigová a fialová. Tyto barvy se neustále mění jedna v druhou, proto existuje kromě základních barev také obrovské množství různých odstínů. Všechny tyto barvy a odstíny lze na obloze pozorovat v podobě duhy, která se vyskytuje v oblastech s vysokou vlhkostí.
Vzduch, který zaplňuje celou oblohu, je směsí drobných molekul plynu a malých pevných částic, jako je prach.
Sluneční paprsky přicházející z vesmíru se vlivem atmosférických plynů začínají rozptylovat a tento proces probíhá podle Rayleighova zákona rozptylu. Jak světlo prochází atmosférou, většina dlouhých vlnových délek optického spektra prochází beze změny. Pouze malá část červené, oranžové a žluté barvy interaguje se vzduchem a naráží do molekul a prachu.
Když se světlo srazí s molekulami plynu, světlo se může odrážet v různých směrech. Některé barvy, jako je červená a oranžová, se dostanou k pozorovateli přímo tím, že projdou přímo vzduchem. Většina modrého světla se ale zpětně odráží od molekul vzduchu ve všech směrech. Tímto způsobem je modré světlo rozptýleno po obloze a vypadá jako modré.
Mnoho kratších vlnových délek světla je však absorbováno molekulami plynu. Po absorpci je modrá barva vyzařována všemi směry. Je roztroušena po celém nebi. Ať se podíváte kterýmkoli směrem, část tohoto rozptýleného modrého světla dosáhne k pozorovateli. Protože modré světlo je vidět všude nad hlavou, obloha vypadá modře.
Když se podíváte k obzoru, obloha bude mít bledší odstín. Je to důsledek toho, že světlo urazí v atmosféře k pozorovateli větší vzdálenost. Rozptýlené světlo je opět rozptýleno atmosférou a do oka pozorovatele se dostane méně modré. Proto se barva oblohy v blízkosti obzoru jeví bledší nebo dokonce zcela bílá.
Proč je vesmír černý?
Ve vesmíru není vzduch. Protože zde nejsou žádné překážky, od kterých by se světlo mohlo odrážet, šíří se světlo přímo. Paprsky světla se nerozptýlí a "obloha" vypadá tmavě a černě.
Atmosféra.
Atmosféra je směs plynů a dalších látek, které obklopují Zemi, ve formě tenkého, většinou průhledného obalu. Atmosféru drží na místě zemská gravitace. Hlavními složkami atmosféry jsou dusík (78,09 %), kyslík (20,95 %), argon (0,93 %) a oxid uhličitý (0,03 %). Atmosféra dále obsahuje malé množství vody (na různých místech se její koncentrace pohybuje od 0 % do 4 %), pevné částice, plyny neon, helium, metan, vodík, krypton, ozón a xenon. Věda, která studuje atmosféru, se nazývá meteorologie.
Život na Zemi by nebyl možný bez přítomnosti atmosféry, která dodává kyslík, který potřebujeme k dýchání. Atmosféra navíc plní další důležitou funkci – vyrovnává teplotu na celé planetě. Pokud by neexistovala atmosféra, mohlo by na některých místech planety panovat žhavé vedro a jinde by bylo extrémně chladno, teplotní rozsah by se mohl pohybovat od -170 °C v noci do + 120 °C ve dne. Atmosféra nás také chrání před škodlivým zářením Slunce a vesmíru, pohlcuje ho a rozptyluje.
Struktura atmosféry
Atmosféra se skládá z různých vrstev, k rozdělení do těchto vrstev dochází podle jejich teploty, molekulárního složení a elektrických vlastností. Tyto vrstvy nemají výrazné hranice, mění se sezónně a navíc se jejich parametry mění v různých zeměpisných šířkách.
homosféra
- Dolních 100 km včetně troposféry, stratosféry a mezopauzy.
- Tvoří 99 % hmotnosti atmosféry.
- Molekuly nejsou odděleny podle molekulové hmotnosti.
- Složení je celkem homogenní, s výjimkou některých drobných lokálních anomálií. Homogenita je udržována neustálým mícháním, turbulencí a turbulentní difúzí.
- Voda je jednou ze dvou nerovnoměrně distribuovaných složek. Když vodní pára stoupá, ochlazuje se a kondenzuje, poté se vrací zpět na zem ve formě srážek - sněhu a deště. Samotná stratosféra je velmi suchá.
- Ozon je další molekula, jejíž distribuce je nerovnoměrná. (Přečtěte si o ozonové vrstvě ve stratosféře níže.)
heterosféra
- Rozprostírá se nad homosférou, zahrnuje termosféru a exosféru.
- Separace molekul této vrstvy je založena na jejich molekulových hmotnostech. Těžší molekuly, jako je dusík a kyslík, jsou koncentrovány ve spodní části vrstvy. V horní části heterosféry dominují ty lehčí, helium a vodík.
Separace atmosféry do vrstev v závislosti na jejich elektrických vlastnostech.
Neutrální atmosféra
- Pod 100 km.
Ionosféra
- Cca nad 100 km.
- Obsahuje elektricky nabité částice (ionty) vzniklé absorpcí ultrafialového světla
- Stupeň ionizace se mění s nadmořskou výškou.
- Různé vrstvy odrážejí dlouhé a krátké rádiové vlny. To umožňuje radiovým signálům šířícím se v přímé linii ohýbat se kolem kulového povrchu Země.
- V těchto atmosférických vrstvách se vyskytují polární záře.
- Magnetosféra je horní část ionosféry, sahá asi do 70 000 km, tato výška závisí na intenzitě slunečního větru. Magnetosféra nás chrání před vysokoenergetickými nabitými částicemi slunečního větru tím, že je udržuje v magnetickém poli Země.
Separace atmosféry do vrstev v závislosti na jejich teplotách
Výška horního okraje troposféra závisí na ročních obdobích a zeměpisné šířce. Rozkládá se od zemského povrchu do výšky asi 16 km na rovníku a do výšky 9 km na severním a jižním pólu.
- Předpona „tropo“ znamená změnu. Ke změně parametrů troposféry dochází vlivem povětrnostních podmínek – například vlivem pohybu atmosférických front.
- S rostoucí nadmořskou výškou teplota klesá. Teplý vzduch stoupá vzhůru, pak se ochlazuje a klesá zpět k Zemi. Tento proces se nazývá konvekce, dochází k němu v důsledku pohybu vzdušných mas. Větry v této vrstvě vanou převážně vertikálně.
- Tato vrstva obsahuje více molekul než všechny ostatní vrstvy dohromady.
Stratosféra- sahá přibližně od výšky 11 km do 50 km.
- Má velmi tenkou vrstvu vzduchu.
- Předpona „strato“ označuje vrstvy nebo vrstvení.
- Spodní část stratosféry je celkem klidná. Tryskové letouny často létají v nižší stratosféře, aby obešly špatné počasí v troposféře.
- V horní části stratosféry vanou silné větry známé jako vysokohorské tryskové proudy. Foukají horizontálně rychlostí až 480 km/h.
- Stratosféra obsahuje „ozonovou vrstvu“ umístěnou v nadmořské výšce přibližně 12 až 50 km (v závislosti na zeměpisné šířce). Přestože je koncentrace ozónu v této vrstvě pouze 8 ml/m 3 , velmi účinně pohlcuje škodlivé ultrafialové paprsky slunce a tím chrání život na Zemi. Molekula ozonu se skládá ze tří atomů kyslíku. Molekuly kyslíku, které dýcháme, obsahují dva atomy kyslíku.
- Stratosféra je velmi chladná, její teplota je u dna asi -55°C a s výškou roste. Zvýšení teploty je způsobeno absorpcí ultrafialových paprsků kyslíkem a ozonem.
Mezosféra- sahá do výšek kolem 100 km.
Nosí obvyklou modrou barvu. V noci zčerná. Ale při západu slunce se vždy zbarví jasně do červena. Proč se to děje, z jakého důvodu se karmínový odstín šíří po obloze? Možná, že mnoho lidí si tuto otázku opakovaně kladlo, a proto má smysl dát na ni vyčerpávající odpověď.
Západ slunce je podbarvený paprsky zapadajícího slunce, to je pro mnohé pochopitelné. Ale proč je červená, a ne oranžová nebo jiná barva?
Vlastnosti barevného spektra
Než se sluneční světlo dostane na zemský povrch, kde o něm mohou lidé uvažovat, musí projít celým vzduchovým obalem planety. Světlo má široké spektrum, ve kterém ještě vynikají primární barvy, odstíny duhy. Z tohoto spektra má červená nejdelší vlnovou délku světla, zatímco fialová má nejkratší. Při západu slunce sluneční kotouč rychle zčervená a přiblíží se k obzoru.
Související materiály:
Opravdu sloni nikdy nezapomenou?
V tomto případě musí světlo překonat rostoucí tloušťku vzduchu a část vln se ztrácí. Nejprve zmizí fialová, pak modrá, modrá. Nejdelší vlny červené barvy pokračují až do posledního pronikání k povrchu Země, a proto má sluneční kotouč a halo kolem něj až do posledních chvil načervenalé odstíny.
Proč je obloha přes den modrá?
Dlouhé světelné vlny mohou proniknout hluboko do atmosféry z toho důvodu, že nejsou téměř absorbovány, nejsou rozptýleny aerosoly a suspenzemi, které neustále cirkulují v atmosféře planety. Když je svítidlo blíže k zenitu, vzniká jiná situace, která dodává obloze modrou barvu. Modrá má kratší vlnové délky než červená a je absorbována silněji. Jeho rozptylová schopnost je ale 4x vyšší ve srovnání s červenou.
Když je slunce na zenitu nebo blízko něj, obloha je vždy modrá. To je způsobeno skutečností, že vrstva vzduchu mezi planetou a hvězdou je v tuto chvíli malá a modré, modré vlny volně procházejí. Mají velkou schopnost difuze, a proto úspěšně přehluší ostatní barvy a odstíny. Proto tato barva dominuje na obloze téměř po celé denní světlo.
Související materiály:
Proč je nebe na Měsíci černé?
Co se večer změní?
Blíže k západu Slunce se řítí k obzoru, čím níže klesá, tím rychleji se blíží večer. V takových chvílích se vlivem úhlu sklonu začne dramaticky zvětšovat vrstva atmosféry, která odděluje původní sluneční světlo od zemského povrchu. V určitém okamžiku přestává houstnoucí vrstva propouštět jiné světelné vlny kromě červené a v tu chvíli je obloha vybarvena touto barvou. Modrá již není přítomna, je absorbována v procesu průchodu vrstvami atmosféry.
: při západu slunce procházejí slunce a obloha celou škálou odstínů, protože jeden nebo druhý z nich přestává procházet atmosférou. Totéž lze pozorovat v době východu Slunce, příčiny obou jevů jsou stejné.
Co se stane při východu slunce?
Při východu slunce procházejí sluneční paprsky stejným procesem, ale v opačném pořadí. To znamená, že první paprsky prorazí tloušťku atmosféry pod silným úhlem, na povrch se dostane pouze červené spektrum. Východ slunce proto zpočátku svítá červeně. Poté, jak se změní východ slunce a úhel, začnou procházet vlny jiných barev - obloha se změní na oranžovou a poté se stane obvykle modrou. Je pozorována půldenní sytá modř oblohy a pak, k večeru, se opět začíná měnit do karmínové. Na jedné straně oblohy, daleko od Slunce, je pozorován modročerný nádech, ale čím blíže k zapadající hvězdě, tím více červených odstínů je vidět u obzoru, až Slunce úplně zmizí.
