A minket körülvevő világ tele van csodálatos csodákkal, de gyakran nem figyelünk rájuk. A tavaszi égbolt tiszta kékjében vagy a naplemente élénk színeiben gyönyörködve nem is gondolunk arra, hogy a napszakok változásával miért változtatja színét az égbolt.
Megszoktuk, hogy egy szép napsütéses napon ragyogó kék színű, és hogy ősszel az ég ködszürkévé válik, elveszítve élénk színeit. De ha megkérdezünk egy modern embert arról, hogy miért történik ez, akkor a túlnyomó többségünk, akik egyszer felvértezték a fizika iskolai tudását, valószínűleg nem tud választ adni erre az egyszerű kérdésre. Eközben a magyarázatban nincs semmi bonyolult.
Mi a szín?
Az iskolai fizika tantárgyból tudnunk kell, hogy a tárgyak színérzékelése közötti különbségek a fény hullámhosszától függenek. Szemünk a hullámsugárzásnak csak meglehetősen szűk tartományát tudja megkülönböztetni, a kék a legrövidebb, a piros pedig a leghosszabb. E két alapszín között található a teljes színérzékelési palettánk, amelyet különböző tartományú hullámsugárzás fejez ki.
A fehér napsugár valójában minden színtartomány hullámaiból áll, amit egy üvegprizmán átengedve könnyű ellenőrizni – valószínűleg emlékszel erre az iskolai tapasztalatra. Annak érdekében, hogy emlékezzünk a változó hullámhosszok sorrendjére, pl. a színek sorozata a nappali fény spektrumában, kitalált egy vicces mondatot egy vadászról, amelyet mindannyian tanultunk az iskolában: Minden vadász tudni akar stb. 
Mivel a vörös fény hullámai a leghosszabbak, ezek a legkevésbé érzékenyek a szórásra az átvitel során. Ezért, ha vizuálisan kell kiemelni egy tárgyat, főleg vörös színt használnak, amely minden időjárás esetén messziről jól látható.
Ezért a stopjelző vagy bármely más figyelmeztető lámpa piros, nem zöld vagy kék.
Miért vörösödik az ég napnyugtakor?
A naplemente előtti esti órákban a napsugarak nem közvetlenül, hanem ferdén esnek a föld felszínére. Sokkal vastagabb légköri réteget kell legyőzniük, mint nappal, amikor a föld felszínét a közvetlen napsugarak megvilágítják.
Ilyenkor színszűrőként működik a légkör, amely szinte a teljes látható tartomány sugarait szórja, kivéve a vöröseket, amelyek a leghosszabbak, ezért a leginkább ellenállóak az interferencia ellen. Az összes többi fényhullámot a légkörben jelenlévő vízgőz és porrészecskék szétszórják vagy elnyelik.
Minél lejjebb esik a nap a horizonthoz képest, annál vastagabb légköri réteget kell leküzdenie a fénysugaraknak. Ezért színük egyre inkább a spektrum vörös része felé tolódik el. Egy népi jelzés kapcsolódik ehhez a jelenséghez, mondván, hogy a vörös naplemente másnap erős szelet jelez. 
A szél a légkör magas rétegeiből és a megfigyelőtől nagy távolságból ered. A ferde napsugarak kiemelik a körvonalazott légköri sugárzási zónát, amelyben sokkal több por és pára van, mint nyugodt légkörben. Ezért egy szeles nap előtt különösen vörös, fényes naplementét látunk.
Miért kék az ég nappal?
A fényhullámok hosszának különbségei is magyarázzák a nappali égbolt tiszta kékségét. Amikor a napsugarak közvetlenül a föld felszínére esnek, a légkör általuk legyőzött réteg vastagsága a legkisebb.
A fényhullámok szórása a levegőt alkotó gázmolekulákkal való ütközéskor következik be, és ebben a helyzetben a rövid hullámhosszú fénytartomány a legstabilabb, i.e. kék és lila fényhullámok. Egy szép szélcsendes napon az ég elképesztő mélységet és kékséget kap. De akkor miért látjuk kék és nem lila eget?
A tény az, hogy az emberi szem sejtjei, amelyek a színérzékelésért felelősek, sokkal jobban érzékelik a kéket, mint a lilát. A lila azonban túl közel van az észlelési tartomány széléhez.
Ezért látjuk az eget ragyogó kéknek, ha a légkörben a légmolekulákon kívül nincsenek szóró komponensek. Amikor kellően nagy mennyiségű por jelenik meg a légkörben - például egy forró nyárban egy városban -, az ég elhalványulni látszik, elveszítve ragyogó kékségét.
A rossz idő szürke égboltja
Most már világos, hogy az őszi rossz idő és a téli latyak miért szürkítik meg reménytelenül az eget. A légkörben lévő nagy mennyiségű vízgőz a fehér fénysugár összes összetevőjének kivétel nélkül szétszóródásához vezet. A fénysugarak a legkisebb cseppekben és vízmolekulákban összetörnek, elveszítik irányukat, és a spektrum teljes tartományában keverednek. 
Ezért a fénysugarak úgy érik el a felszínt, mintha egy óriási diffúzoron mennének keresztül. Ezt a jelenséget az ég szürkésfehér színeként érzékeljük. Amint a nedvesség távozik a légkörből, az égbolt ismét élénkkék lesz.
Mindenki tudja, hogy attól függően, hogy melyik égi pontban figyeljük a Napot, a színe nagyon eltérő lehet. Például a zenitben fehér, napnyugtakor piros, sőt néha bíborvörös. Valójában ez csak látszat – nem a világítótestünk színe változik, hanem az, ahogyan az emberi szem érzékeli. Miért történik ez? 
A napspektrum hét alapszín kombinációja – emlékezzünk a szivárványra és a híres mondásra a vadászról és a fácánról, amely meghatározza a színsort: piros, sárga, zöld és így tovább a liláig. De a különféle típusú aeroszol-szuszpenziókkal (vízgőz, porszemcsék) teli atmoszférában az egyes színek eltérően szóródnak szét. Például az ibolya és a kék a legjobban szétszórt, a piros pedig rosszabb. Ezt a jelenséget a napfény szétszóródásának nevezik.
Ennek az az oka, hogy a szín valójában egy bizonyos hosszúságú elektromágneses hullám. Ennek megfelelően a különböző hullámok eltérő hullámhosszúak. A szem pedig a fényforrástól, vagyis a Naptól elválasztó légköri levegő vastagságától függően érzékeli őket. A zenitben fehérnek tűnik, mivel a napsugarak derékszögben esnek a Föld felszínére (természetesen azt a helyet értjük a felszínen, ahol a megfigyelő tartózkodik), és a levegő vastagsága befolyásolja a fénytörést. a fény viszonylag kicsi. A fehér ember úgy tűnik, hogy az összes szín kombinációja egyszerre. 
Az ég egyébként a fényszóródás miatt is kéknek tűnik: mivel a kék, lila és kék színek, amelyek a legrövidebb hullámhosszúak, sokkal gyorsabban szóródnak a légkörben, mint a spektrum többi része. Vagyis a vörös, sárga és egyéb, hosszabb hullámhosszú sugarakon áthaladva a légköri víz- és porszemcsék kék sugarakat szórnak ki magukban, amelyek az égbolt színét adják.
Minél messzebbre halad a Nap a szokásos napi útján, és ereszkedik le a horizont vonaláig, annál vastagabb lesz az a légköri réteg, amelyen a napsugaraknak át kell haladniuk, és annál jobban szétszóródnak. A vörös a leginkább ellenálló a szórással szemben, mert ennek van a leghosszabb hullámhossza. Ezért a lenyugvó csillagot szemlélő megfigyelő csak őt észleli. A napspektrum fennmaradó színeit a légkörben lévő aeroszol szuszpenzió teljesen szétszórja és elnyeli.
Ennek eredményeként a spektrális sugarak szóródásának közvetlen függése a légköri levegő vastagságától és a benne lévő szuszpenzió sűrűségétől függ. Ennek élénk bizonyítéka figyelhető meg a levegőnél sűrűbb anyagok, például a vulkáni por légkörbe történő globális kibocsátásával. Így tehát 1883 után, amikor a Krakatau vulkán híres kitörése történt, a bolygó legkülönfélébb helyein még sokáig lehetett látni rendkívüli fényű vörös naplementéket.
Tiszta napsütéses napon az ég felettünk ragyogó kéknek tűnik. Este a naplemente vörösre, rózsaszínre és narancsra színezi az eget. Miért kék az ég, és mitől lesz vörös a naplemente?
Milyen színű a nap?
Persze a nap sárga! A Föld minden lakója válaszolni fog, a Hold lakói pedig nem értenek egyet velük.
A Földről a Nap sárgának tűnik. De az űrben vagy a Holdon a Nap fehérnek tűnik számunkra. Az űrben nincs olyan légkör, amely szórja a napfényt.
A Földön a napfény rövid hullámhosszainak (kék és ibolya) egy részét szórással nyeli el. A spektrum többi része sárgának tűnik.
Az űrben pedig az ég kék helyett sötétnek vagy feketének tűnik. Ez az atmoszféra hiányának az eredménye, ezért a fény semmilyen módon nem szóródik.
De ha a nap színéről kérdezed este. Néha az a válasz, hogy a nap PIROS. De miért?
Miért vörös a nap napnyugtakor?
Ahogy a Nap napnyugta felé halad, a napfénynek nagyobb távolságot kell megtennie a légkörben, hogy elérje a megfigyelőt. Kevesebb közvetlen fény éri a szemünket, és a Nap kevésbé tűnik fényesnek.
Mivel a napfénynek nagyobb távolságot kell megtennie, nagyobb a szórás. A napfény spektrumának vörös része jobban áthalad a levegőn, mint a kék része. És látunk egy vörös napot. Minél lejjebb megy le a Nap a horizontig, annál nagyobb a levegő "nagyító", amelyen keresztül látjuk, és annál vörösebb.
Ugyanebből az okból kifolyólag a Nap átmérője jóval nagyobb, mint nappal: a légréteg nagyító szerepét tölti be a földi szemlélő számára.
A lenyugvó nap körüli égbolt különböző színekre festhető. Az égbolt akkor a legszebb, ha a levegőben sok apró por vagy víz található. Ezek a részecskék minden irányban visszaverik a fényt. Ebben az esetben a rövidebb fényhullámok szétszóródnak. A megfigyelő hosszabb hullámhosszú fénysugarakat lát, így az égbolt vörös, rózsaszín vagy narancssárga színűnek tűnik.
A látható fény az energia egyik formája, amely képes áthaladni a térben. A napfény vagy az izzólámpa fehérnek tűnik, miközben a valóságban az összes szín keveréke. A fehér színt alkotó fő színek a piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó és lila. Ezek a színek folyamatosan változnak egymásba, ezért az alapszíneken kívül rengeteg különféle árnyalat létezik. Mindezek a színek és árnyalatok az égbolton szivárvány formájában figyelhetők meg, amely magas páratartalmú területeken fordul elő.
Az egész égboltot betöltő levegő apró gázmolekulák és apró szilárd részecskék, például por keveréke.
A világűrből érkező napsugarak a légköri gázok hatására szétoszlanak, és ez a folyamat a Rayleigh-szórási törvény szerint megy végbe. Ahogy a fény áthalad a légkörön, az optikai spektrum hosszú hullámhosszainak többsége változatlan formában halad át. A vörös, narancssárga és sárga színeknek csak egy kis része lép kölcsönhatásba a levegővel, molekulákba és porba ütközve.
Amikor a fény gázmolekulákkal ütközik, a fény különböző irányokba verődhet vissza. Egyes színek, például a vörös és a narancssárga, közvetlenül a levegőn áthaladva jutnak el a megfigyelőhöz. De a kék fény nagy része minden irányban visszaverődik a levegőmolekulákról. Ily módon a kék fény szétszóródik az égen, és kéknek tűnik.
A gázmolekulák azonban sok rövidebb hullámhosszú fényt nyelnek el. Felszívódás után a kék szín minden irányban kisugárzik. Az egész égbolton szétszórva van. Bármerre is néz, a szórt kék fény egy része eléri a megfigyelőt. Mivel mindenhol kék fény látható a fejünk felett, az ég kéknek tűnik.
Ha a horizont felé nézel, az ég halványabb árnyalatú lesz. Ez annak a ténynek az eredménye, hogy a fény nagyobb távolságot tesz meg a légkörben a megfigyelőig. A szórt fényt ismét szétszórja a légkör, és kevesebb kék jut a megfigyelő szemébe. Ezért a horizont közelében lévő égbolt színe halványabbnak, vagy akár teljesen fehérnek tűnik.
Miért fekete a tér?
A világűrben nincs levegő. Mivel nincsenek akadályok, amelyekről a fény visszaverődhetne, a fény közvetlenül terjed. A fénysugarak nem szóródnak szét, és az "ég" sötétnek és feketének tűnik.
Légkör.
A légkör a Földet körülvevő gázok és egyéb anyagok keveréke, vékony, többnyire átlátszó héj formájában. A légkört a Föld gravitációja tartja a helyén. A légkör fő összetevői a nitrogén (78,09%), az oxigén (20,95%), az argon (0,93%) és a szén-dioxid (0,03%). A légkör kis mennyiségű vizet (különböző helyeken 0% és 4% között mozog), szilárd részecskéket, neon, hélium, metán, hidrogén, kripton, ózon és xenon gázokat is tartalmaz. A légkört vizsgáló tudományt meteorológiának nevezik.
A földi élet nem lenne lehetséges a légkör jelenléte nélkül, amely biztosítja a belélegzéshez szükséges oxigént. Ezenkívül a légkör egy másik fontos funkciót is ellát - kiegyenlíti a hőmérsékletet az egész bolygón. Ha nem lenne légkör, akkor a bolygón néhol rekkenő hőség, másutt rendkívül hideg is lehet, a hőmérsékleti tartomány éjszaka -170 °C-tól nappal +120 °C-ig terjedhet. A légkör a Nap és a világűr káros sugárzásától is megvéd bennünket, elnyeli és szétszórja azt.
A légkör szerkezete
A légkör különböző rétegekből áll, a felosztás ezekre a rétegekre a hőmérsékletük, molekulaösszetételük és elektromos tulajdonságaik szerint történik. Ezeknek a rétegeknek nincsenek kifejezett határai, szezonálisan változnak, ráadásul paramétereik is változnak a különböző szélességi fokokon.
Homoszféra
- Alsó 100 km, beleértve a troposzférát, a sztratoszférát és a mezopauzát.
- A légkör tömegének 99%-át teszi ki.
- A molekulákat nem választja el molekulatömeg.
- Az összetétel meglehetősen homogén, néhány kisebb helyi anomáliától eltekintve. A homogenitást állandó keveredés, turbulencia és turbulens diffúzió tartja fenn.
- A víz az egyike annak a két komponensnek, amelyek egyenetlenül oszlanak el. Amikor a vízgőz felemelkedik, lehűl és lecsapódik, majd csapadék - hó és eső - formájában visszatér a földre. Maga a sztratoszféra nagyon száraz.
- Az ózon egy másik molekula, amelynek eloszlása egyenetlen. (A sztratoszféra ózonrétegéről lentebb olvashat.)
heteroszféra
- A homoszféra fölé nyúlik, magában foglalja a termoszférát és az exoszférát.
- Ennek a rétegnek a molekuláinak szétválasztása a molekulatömegükön alapul. A nehezebb molekulák, például a nitrogén és az oxigén a réteg alján koncentrálódnak. A könnyebbek, a hélium és a hidrogén dominálnak a heteroszféra felső részén.
A légkör szétválasztása rétegekre elektromos tulajdonságaik függvényében.
Semleges légkör
- 100 km alatt.
Ionoszféra
- Körülbelül 100 km felett.
- Elektromosan töltött részecskéket (ionokat) tartalmaz, amelyek ultraibolya fény elnyelésével keletkeznek
- Az ionizáció mértéke a magassággal változik.
- Különböző rétegek tükrözik a hosszú és rövid rádióhullámokat. Ez lehetővé teszi, hogy az egyenes vonalban terjedő rádiójelek a Föld gömbfelülete körül meghajlanak.
- Az aurórák ezekben a légköri rétegekben fordulnak elő.
- Magnetoszféra az ionoszféra felső része, körülbelül 70 000 km-ig terjed, ez a magasság a napszél intenzitásától függ. A magnetoszféra megvéd minket a napszél nagy energiájú töltésű részecskéitől azáltal, hogy a Föld mágneses mezőjében tartja őket.
Az atmoszféra rétegekre bontása hőmérsékletük függvényében
Felső szegély magassága troposzféraévszaktól és szélességtől függ. A földfelszíntől az Egyenlítőnél körülbelül 16 km-es magasságig, az Északi- és Déli-sarkon 9 km-es magasságig terjed.
- A "tropo" előtag változást jelent. A troposzféra paramétereinek változása az időjárási viszonyok miatt következik be - például a légköri frontok mozgása miatt.
- A magasság növekedésével a hőmérséklet csökken. A meleg levegő felemelkedik, majd lehűl, és visszaszáll a Földre. Ezt a folyamatot konvekciónak nevezik, légtömegek mozgásának eredményeként megy végbe. Ebben a rétegben a szelek főleg függőlegesen fújnak.
- Ez a réteg több molekulát tartalmaz, mint az összes többi réteg együttvéve.
Sztratoszféra- körülbelül 11 km magasságtól 50 km-ig terjed.
- Nagyon vékony légréteggel rendelkezik.
- A "strato" előtag rétegekre vagy rétegzésre utal.
- A Sztratoszféra alsó része meglehetősen nyugodt. A sugárhajtású repülőgépek gyakran repülnek a sztratoszféra alsó részén, hogy megkerüljék a troposzféra rossz időjárását.
- A sztratoszféra felső részén erős szelek fújnak, amelyeket nagy magasságú sugárfolyamoknak neveznek. Vízszintesen fújnak 480 km/h sebességig.
- A sztratoszférában található az "ózonréteg", amely körülbelül 12-50 km magasságban található (szélességtől függően). Bár az ózon koncentrációja ebben a rétegben mindössze 8 ml/m 3 , nagyon hatékonyan nyeli el a nap káros ultraibolya sugarait, ezáltal védi a földi életet. Az ózonmolekula három oxigénatomból áll. Az általunk belélegzett oxigénmolekulák két oxigénatomot tartalmaznak.
- A sztratoszféra nagyon hideg, hőmérséklete alul -55°C körül van, és a magassággal nő. A hőmérséklet-emelkedés az ultraibolya sugarak oxigén és ózon általi elnyelésének köszönhető.
Mezoszféra- körülbelül 100 km magasságig terjed.
A szokásos kék színt viseli. Éjszaka feketévé válik. De naplementekor mindig élénkpirosra vált. Miért történik ez, mi okból terjed a bíbor árnyalat az égen? Talán sokan többször is feltették ezt a kérdést, és ezért van értelme kimerítő választ adni rá.
A naplementét a lemenő nap sugarai árnyalják, ez sokak számára érthető. De miért piros, és nem narancssárga vagy más színű?
A színspektrum jellemzői
Mielőtt elérné a Föld felszínét, ahol az emberek szemlélhetik azt, a napfénynek át kell haladnia a bolygó teljes léghéján. A fény széles spektrummal rendelkezik, melyben továbbra is kiemelkednek az alapszínek, a szivárvány árnyalatai. Ebből a spektrumból a vörös a leghosszabb, míg az ibolya a legrövidebb a fény hullámhosszával. Napnyugtakor a napkorong gyorsan pirosra vált, és közelebb rohan a horizonthoz.
Kapcsolódó anyagok:
Az elefántok tényleg soha nem felejtenek?
Ebben az esetben a fénynek egyre nagyobb vastagságú levegőt kell legyőznie, és a hullámok egy része elvész. Először a lila tűnik el, majd a kék, a kék. A vörös színű leghosszabb hullámok a végsőkig tovább hatolnak a Föld felszínére, ezért a napkorong és a körülötte lévő glória az utolsó pillanatokig vöröses árnyalatú.
Miért kék az ég nappal?
A hosszú fényhullámok azért tudnak mélyen behatolni a légkörbe, mert szinte nem szívódnak fel, nem szórják szét a bolygó légkörében folyamatosan keringő aeroszolok és szuszpenziók. Amikor a világítótest közelebb van a zenithez, más helyzet alakul ki, amely kékséget ad az égboltnak. A kéknek rövidebb a hullámhossza, mint a vörösnek, és erősebben nyelődik el. De terjedési képessége 4-szer nagyobb, mint a vörös.
Amikor a Nap a zenitjén vagy annak közelében van, az ég mindig kék. Ennek oka az a tény, hogy a bolygó és a csillag között jelenleg kicsi a levegőréteg, és a kék, kék hullámok szabadon haladnak át. Nagyszerű diffundáló képességük van, ezért sikeresen elnyomják a többi színt és árnyalatot. Ezért ez a szín szinte a teljes nappali órákban uralja az eget.
Kapcsolódó anyagok:
Miért fekete az ég a Holdon?
Mi változik este?
Napnyugtához közelebb rohan a Nap a horizonthoz, minél lejjebb esik, annál gyorsabban közeledik az este. Ilyenkor a dőlésszög miatt drasztikusan növekedni kezd az a légkörréteg, amely az eredeti napfényt elválasztja a földfelszíntől. Egy ponton a vastagodó réteg nem továbbít más fényhullámokat, kivéve a vöröset, és abban a pillanatban az égbolt erre a színre festődik. A kék már nincs jelen, a légkör rétegein való áthaladás során felszívódik.
: napnyugtakor a nap és az ég árnyalatok egész skáláján halad át, ahogy egyikük vagy másikuk megszűnik áthaladni a légkörön. Ugyanez figyelhető meg napkeltekor is, mindkét jelenség okai ugyanazok.
Mi történik napkeltekor?
Napkeltekor a napsugarak ugyanezen a folyamaton mennek keresztül, de fordított sorrendben. Vagyis először az első sugarak erős szögben áttörik a légkör vastagságát, csak a vörös spektrum éri el a felszínt. Ezért a napkelte kezdetben vörösre virrad. Aztán, ahogy a napkelte és a szög megváltozik, más színű hullámok kezdenek elhaladni – az égbolt narancssárgává válik, majd szokásosan kék színűvé válik. Félnapos mélykék az égbolt, majd estére ismét bíborvörössé válik. Az égbolt egyik oldalán, a naptól távol, kékes-fekete árnyalat látható, de minél közelebb van a lenyugvó csillaghoz, annál több vörös árnyalat látható a horizont közelében, egészen addig, amíg a Nap teljesen el nem tűnik.
