Apkārtējā pasaule ir pilna ar pārsteidzošiem brīnumiem, taču mēs bieži tiem nepievēršam uzmanību. Apbrīnojot pavasara debesu dzidri zilo vai saulrieta spilgtās krāsas, mēs pat neaizdomājamies par to, kāpēc debesis maina krāsu, mainoties diennakts laikam.
Mēs esam pieraduši pie spilgti zilas krāsas smalkā saulainā dienā un pie tā, ka rudenī debesis kļūst miglaini pelēkas, zaudējot savas spilgtās krāsas. Bet, ja jautā mūsdienu cilvēkam par to, kāpēc tas notiek, tad lielākā daļa no mums, reiz bruņojušies ar skolas fizikas zināšanām, diez vai nespēs atbildēt uz šo vienkāršo jautājumu. Tikmēr skaidrojumā nav nekā sarežģīta.
Kas ir krāsa?
No skolas fizikas kursa mums vajadzētu zināt, ka atšķirības objektu krāsu uztverē ir atkarīgas no gaismas viļņa garuma. Mūsu acs var atšķirt tikai diezgan šauru viļņu starojuma diapazonu, kur zilā ir visīsākā un sarkanā ir garākā. Starp šīm divām pamatkrāsām atrodas visa mūsu krāsu uztveres palete, ko izsaka viļņu starojums dažādos diapazonos.
Balts saules stars patiesībā sastāv no visu krāsu diapazonu viļņiem, par ko ir viegli pārliecināties, izlaižot to caur stikla prizmu – jūs droši vien atceraties šo skolas pieredzi. Lai atcerētos viļņu garumu maiņas secību, t.i. krāsu secību dienasgaismas spektrā, izdomāja smieklīgu frāzi par mednieku, ko katrs no mums iemācījās skolā: Katrs mednieks vēlas zināt utt. 
Tā kā sarkanās gaismas viļņi ir visilgākie, tie ir vismazāk jutīgi pret izkliedi pārraides laikā. Tāpēc, ja nepieciešams vizuāli izcelt objektu, viņi izmanto galvenokārt sarkanu krāsu, kas ir skaidri redzama no tālienes jebkuros laikapstākļos.
Tāpēc apstāšanās signāls vai jebkura cita brīdinājuma gaisma ir sarkana, nevis zaļa vai zila.
Kāpēc debesis saulrietā kļūst sarkanas?
Vakara stundās pirms saulrieta saules stari uz zemes virsmas krīt leņķī, nevis tieši. Viņiem jāpārvar daudz biezāks atmosfēras slānis nekā dienas laikā, kad zemes virsmu apgaismo tiešie Saules stari.
Šajā laikā atmosfēra darbojas kā krāsu filtrs, kas izkliedē starus gandrīz visā redzamajā diapazonā, izņemot sarkanos, kas ir visilgākie un līdz ar to visizturīgākie pret traucējumiem. Visus pārējos gaismas viļņus izkliedē vai absorbē atmosfērā esošās ūdens tvaiki un putekļu daļiņas.
Jo zemāk saule nokrīt attiecībā pret horizontu, jo biezāks atmosfēras slānis jāpārvar gaismas stariem. Tāpēc to krāsa arvien vairāk tiek novirzīta uz spektra sarkano daļu. Ar šo parādību ir saistīta tautas zīme, sakot, ka sarkans saulriets nākamajā dienā paredz spēcīgu vēju. 
Vēja izcelsme ir augstajos atmosfēras slāņos un lielā attālumā no novērotāja. Slīpi saules stari izceļ iezīmēto atmosfēras starojuma zonu, kurā ir daudz vairāk putekļu un tvaiku nekā mierīgā atmosfērā. Tāpēc pirms vējainas dienas redzam īpaši sarkanu, košu saulrietu.
Kāpēc dienas laikā debesis ir zilas?
Gaismas viļņu garuma atšķirības izskaidro arī dienas debesu tīro zilumu. Kad saules stari krīt tieši uz zemes virsmas, atmosfēras slānim, ko tie pārvar, ir vismazākais biezums.
Gaismas viļņu izkliede notiek, kad tie saduras ar gāzes molekulām, kas veido gaisu, un šajā situācijā īsviļņu gaismas diapazons ir visstabilākais, t.i. zili un violeti gaismas viļņi. Smalkā bezvēja dienā debesis iegūst pārsteidzošu dziļumu un zilumu. Bet kāpēc tad mēs redzam zilas, nevis purpursarkanas debesis?
Fakts ir tāds, ka cilvēka acs šūnas, kas ir atbildīgas par krāsu uztveri, daudz labāk uztver zilu nekā violetu. Tomēr violeta ir pārāk tuvu uztveres diapazona robežai.
Tāpēc mēs redzam debesis kā spilgti zilas, ja atmosfērā nav izkliedējošu komponentu, izņemot gaisa molekulas. Kad atmosfērā parādās pietiekami liels putekļu daudzums – piemēram, karstā vasarā pilsētā – debesis it kā izgaist, zaudējot koši zilo krāsu.
Sliktu laikapstākļu pelēkas debesis
Tagad ir skaidrs, kādēļ rudenīgi sliktie laikapstākļi un ziemas sārņi padara debesis bezcerīgi pelēkas. Liels ūdens tvaiku daudzums atmosfērā noved pie visu baltās gaismas staru kūļa sastāvdaļu izkliedes bez izņēmuma. Gaismas stari tiek sasmalcināti mazākajos pilieniņos un ūdens molekulās, zaudējot virzienu un sajaucoties visā spektra diapazonā. 
Tāpēc gaismas stari sasniedz virsmu, it kā izlaisti cauri milzu difuzoram. Mēs šo parādību uztveram kā pelēcīgi baltu debesu krāsu. Tiklīdz no atmosfēras tiek izvadīts mitrums, debesis atkal kļūst spilgti zilas.
Ikviens zina, ka atkarībā no debess punkta, kurā mēs novērojam Sauli, tās krāsa var ievērojami atšķirties. Piemēram, zenītā tas ir balts, saulrietā tas ir sarkans un dažreiz pat sārtināts. Faktiski tas ir tikai izskats – mainās nevis mūsu gaismekļa krāsa, bet gan tā uztvere ar cilvēka aci. Kāpēc tas notiek? 
Saules spektrs ir septiņu pamatkrāsu kombinācija – atcerieties varavīksni un slaveno teicienu par mednieku un fazānu, kas nosaka krāsu secību: sarkana, dzeltena, zaļa un tā tālāk līdz purpursarkanai. Bet atmosfērā, kas piepildīta ar dažāda veida aerosola suspensijām (ūdens tvaikiem, putekļu daļiņām), katra krāsa izkliedējas atšķirīgi. Piemēram, violets un zils ir vislabāk izkliedēts, bet sarkans ir sliktāks. Šo parādību sauc par saules gaismas izkliedi.
Iemesls ir tāds, ka krāsa patiesībā ir noteikta garuma elektromagnētiskais vilnis. Attiecīgi dažādiem viļņiem ir dažādi viļņu garumi. Un acs tos uztver atkarībā no atmosfēras gaisa biezuma, kas to atdala no gaismas avota, tas ir, Saules. Atrodoties zenītā, tas šķiet balts, jo saules stari krīt uz Zemes virsmas taisnā leņķī (protams, ir domāta tā vieta uz virsmas, kur atrodas novērotājs), un gaisa biezums, kas ietekmē gaismas laušanu. gaisma ir salīdzinoši maza. Šķiet, ka baltais cilvēks ir visu krāsu kombinācija vienlaikus. 
Starp citu, debesis šķiet zilas arī gaismas izkliedes dēļ: tā kā zilās, violetās un zilās krāsas, kurām ir visīsākie viļņu garumi, atmosfērā izkliedējas daudz ātrāk nekā pārējais spektrs. Tas ir, ejot garām sarkaniem, dzelteniem un citiem stariem ar garākiem viļņu garumiem, atmosfēras ūdens daļiņas un putekļi izkliedē sevī zilos starus, kas piešķir debesīm to krāsu.
Jo tālāk Saule veic savu ierasto ikdienas ceļu un nolaižas līdz horizonta līnijai, jo lielāks kļūst atmosfēras slāņa biezums, caur kuru jāiziet saules stariem un jo vairāk tie izkliedējas. Sarkanā krāsa ir visizturīgākā pret izkliedi, jo tai ir visgarākais viļņa garums. Tāpēc tikai viņu uztver novērotāja acis, kas skatās uz rietošo zvaigzni. Atlikušās saules spektra krāsas pilnībā izkliedē un absorbē aerosola suspensija atmosfērā.
Tā rezultātā pastāv tieša spektrālo staru izkliedes atkarība no atmosfēras gaisa biezuma un tajā esošās suspensijas blīvuma. Spilgtus pierādījumus tam var novērot ar globālām par gaisu blīvāku vielu emisijām atmosfērā, piemēram, vulkānisko putekļu. Tātad pēc 1883. gada, kad notika slavenais Krakatau vulkāna izvirdums, diezgan ilgu laiku planētas visdažādākajās vietās varēja redzēt neparasti spožus sarkanus saulrietus.
Skaidrā saulainā dienā debesis virs mums izskatās koši zilas. Vakarā saulriets iekrāso debesis sarkanos, rozā un oranžos toņos. Tātad, kāpēc debesis ir zilas un kas saulrietu padara sarkanu?
Kādā krāsā ir saule?
Protams, saule ir dzeltena! Visi zemes iedzīvotāji atbildēs, un Mēness iedzīvotāji viņiem nepiekritīs.
No Zemes Saule izskatās dzeltena. Bet kosmosā vai uz Mēness Saule mums liktos balta. Kosmosā nav atmosfēras, kas izkliedē saules gaismu.
Uz Zemes daži saules gaismas īsie viļņi (zilā un violetā) tiek absorbēti izkliedes rezultātā. Pārējais spektrs izskatās dzeltens.
Un kosmosā debesis izskatās tumšas vai melnas, nevis zilas. Tas ir atmosfēras trūkuma rezultāts, tāpēc gaisma nekādā veidā neizkliedējas.
Bet, ja jautā par saules krāsu vakarā. Dažreiz atbilde būs, ka saule ir SARKANA. Bet kāpēc?
Kāpēc saulrieta laikā saule ir sarkana?
Saulei virzoties uz saulrietu, saules gaismai ir jānobrauc lielāks attālums atmosfērā, lai sasniegtu novērotāju. Mazāk tiešas gaismas sasniedz mūsu acis, un Saule šķiet mazāk spoža.
Tā kā saules gaismai ir jāpārvietojas lielāki attālumi, notiek lielāka izkliede. Saules gaismas spektra sarkanā daļa labāk iziet cauri gaisam nekā zilā daļa. Un mēs redzam sarkanu sauli. Jo zemāk Saule nolaižas līdz horizontam, jo lielāks ir gaisa "lupa", caur kuru mēs to redzam, un tas ir sarkanāks.
Tā paša iemesla dēļ mums šķiet, ka Saules diametrs ir daudz lielāks nekā dienas laikā: gaisa slānis zemes vērotājam pilda palielināmā stikla lomu.
Debesis ap rietošo sauli var krāsot dažādās krāsās. Debesis ir visskaistākās, ja gaisā ir daudz mazu putekļu vai ūdens daļiņu. Šīs daļiņas atspoguļo gaismu visos virzienos. Šajā gadījumā īsāki gaismas viļņi ir izkliedēti. Novērotājs redz gaismas starus ar garāku viļņu garumu, un tāpēc debesis izskatās sarkanas, rozā vai oranžas.
Redzamā gaisma ir enerģijas veids, kas var pārvietoties pa telpu. Saules vai kvēlspuldzes gaisma šķiet balta, lai gan patiesībā tā ir visu krāsu sajaukums. Galvenās krāsas, kas veido balto krāsu, ir sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo un violeta. Šīs krāsas nepārtraukti mainās viena otrā, tāpēc papildus pamatkrāsām ir arī milzīgs skaits dažādu toņu. Visas šīs krāsas un nokrāsas debesīs var novērot varavīksnes formā, kas rodas vietās ar augstu mitruma līmeni.
Gaiss, kas piepilda visas debesis, ir nelielu gāzes molekulu un mazu cietu daļiņu, piemēram, putekļu, maisījums.
Saules stari, kas nāk no kosmosa, atmosfēras gāzu ietekmē sāk izkliedēties, un šis process notiek saskaņā ar Reilija izkliedes likumu. Gaismai virzoties cauri atmosfērai, lielākā daļa optiskā spektra garo viļņu garumu iziet cauri nemainītā veidā. Tikai neliela daļa sarkano, oranžo un dzelteno krāsu mijiedarbojas ar gaisu, saduroties ar molekulām un putekļiem.
Gaismai saduroties ar gāzes molekulām, gaisma var tikt atspoguļota dažādos virzienos. Dažas krāsas, piemēram, sarkanā un oranžā, sasniedz novērotāju tieši, ejot tieši caur gaisu. Bet lielākā daļa zilās gaismas tiek atkārtoti atspoguļota no gaisa molekulām visos virzienos. Tādā veidā zilā gaisma tiek izkliedēta pa debesīm un šķiet zila.
Tomēr daudzus īsākus gaismas viļņu garumus absorbē gāzes molekulas. Pēc absorbcijas zilā krāsa tiek izstarota visos virzienos. Tas ir izkaisīts pa debesīm. Jebkurā virzienā jūs skatāties, daļa no šīs izkliedētās zilās gaismas sasniedz novērotāju. Tā kā zilā gaisma ir redzama visur virs galvas, debesis izskatās zilas.
Ja paskatās uz horizontu, debesīm būs bālāka nokrāsa. Tas ir rezultāts tam, ka gaisma atmosfērā virzās uz novērotāju lielāku attālumu. Izkliedēto gaismu atkal izkliedē atmosfēra, un novērotāja acīs nonāk mazāk zilās krāsas. Tāpēc debesu krāsa pie horizonta šķiet bālāka vai pat šķiet pilnīgi balta.
Kāpēc telpa ir melna?
Kosmosā nav gaisa. Tā kā nav šķēršļu, no kuriem gaisma varētu atstaroties, gaisma izplatās tieši. Gaismas stari neizkliedējas, un "debesis" izskatās tumšas un melnas.
Atmosfēra.
Atmosfēra ir gāzu un citu vielu maisījums, kas ieskauj Zemi, plāna, pārsvarā caurspīdīga apvalka formā. Atmosfēru savā vietā notur Zemes gravitācija. Galvenās atmosfēras sastāvdaļas ir slāpeklis (78,09%), skābeklis (20,95%), argons (0,93%) un oglekļa dioksīds (0,03%). Atmosfērā ir arī neliels daudzums ūdens (dažādās vietās tā koncentrācija svārstās no 0% līdz 4%), cietās daļiņas, gāzes neons, hēlijs, metāns, ūdeņradis, kriptons, ozons un ksenons. Zinātni, kas pēta atmosfēru, sauc par meteoroloģiju.
Dzīve uz Zemes nebūtu iespējama bez atmosfēras klātbūtnes, kas piegādā mums elpot nepieciešamo skābekli. Turklāt atmosfēra veic vēl vienu svarīgu funkciju – tā izlīdzina temperatūru visā planētā. Ja nebūtu atmosfēras, tad vietām uz planētas varētu valdīt svelmains karstums, citviet tas būtu ārkārtīgi auksts, temperatūras diapazons varētu svārstīties no -170°C naktī līdz +120°C dienā. Atmosfēra mūs pasargā arī no Saules un kosmosa kaitīgā starojuma, to absorbējot un izkliedējot.
Atmosfēras struktūra
Atmosfēra sastāv no dažādiem slāņiem, sadalīšanās šajos slāņos notiek pēc to temperatūras, molekulārā sastāva un elektriskām īpašībām. Šiem slāņiem nav izteiktu robežu, tie mainās sezonāli, turklāt dažādos platuma grādos mainās to parametri.
Homosfēra
- Zemāki 100 km, ieskaitot troposfēru, stratosfēru un mezopauzi.
- Sastāda 99% no atmosfēras masas.
- Molekulas nav atdalītas pēc molekulmasas.
- Sastāvs ir diezgan viendabīgs, izņemot dažas nelielas lokālas anomālijas. Viendabīgums tiek uzturēts ar pastāvīgu sajaukšanos, turbulenci un turbulentu difūziju.
- Ūdens ir viena no divām nevienmērīgi sadalītām sastāvdaļām. Paceļoties uz augšu ūdens tvaiki, tie atdziest un kondensējas, pēc tam atgriežoties zemē nokrišņu – sniega un lietus – veidā. Pati stratosfēra ir ļoti sausa.
- Ozons ir vēl viena molekula, kuras sadalījums ir nevienmērīgs. (Par ozona slāni stratosfērā lasiet tālāk.)
heterosfēra
- Izplešas virs homosfēras, ietver termosfēru un eksosfēru.
- Šī slāņa molekulu atdalīšana balstās uz to molekulmasu. Slāņa apakšā ir koncentrētas smagākas molekulas, piemēram, slāpeklis un skābeklis. Vieglākie, hēlijs un ūdeņradis, dominē heterosfēras augšējā daļā.
Atmosfēras sadalīšana slāņos atkarībā no to elektriskajām īpašībām.
Neitrāla atmosfēra
- Zem 100 km.
Jonosfēra
- Apmēram virs 100 km.
- Satur elektriski lādētas daļiņas (jonus), kas rodas, absorbējot ultravioleto gaismu
- Jonizācijas pakāpe mainās līdz ar augstumu.
- Dažādi slāņi atspoguļo garos un īsos radioviļņus. Tas ļauj radiosignāliem, kas izplatās taisnā līnijā, saliekties ap zemes sfērisko virsmu.
- Šajos atmosfēras slāņos sastopamas polārblāzmas.
- Magnetosfēra ir jonosfēras augšējā daļa, kas stiepjas līdz aptuveni 70 000 km, šis augstums ir atkarīgs no saules vēja intensitātes. Magnetosfēra aizsargā mūs no augstas enerģijas lādētām saules vēja daļiņām, noturot tās Zemes magnētiskajā laukā.
Atmosfēras sadalīšana slāņos atkarībā no to temperatūras
Augšējā apmales augstums troposfēra atkarīgs no gadalaikiem un platuma grādiem. Tas stiepjas no zemes virsmas līdz aptuveni 16 km augstumam pie ekvatora un līdz 9 km augstumam ziemeļu un dienvidu polā.
- Prefikss "tropo" nozīmē izmaiņas. Troposfēras parametru izmaiņas notiek laika apstākļu ietekmē - piemēram, atmosfēras frontu kustības dēļ.
- Palielinoties augstumam, temperatūra pazeminās. Siltais gaiss paceļas uz augšu, pēc tam atdziest un nolaižas atpakaļ uz Zemi. Šo procesu sauc par konvekciju, tas notiek gaisa masu kustības rezultātā. Vēji šajā slānī pūš galvenokārt vertikāli.
- Šis slānis satur vairāk molekulu nekā visi pārējie slāņi kopā.
Stratosfēra- stiepjas aptuveni no 11 km augstuma līdz 50 km.
- Tam ir ļoti plāns gaisa slānis.
- Prefikss "strato" attiecas uz slāņiem vai slāņošanu.
- Stratosfēras apakšējā daļa ir diezgan mierīga. Reaktīvās lidmašīnas bieži lido stratosfēras lejasdaļā, lai izvairītos no sliktiem laikapstākļiem troposfērā.
- Stratosfēras augšdaļā pūš spēcīgi vēji, kas pazīstami kā augstkalnu strūklas. Tie pūš horizontāli ar ātrumu līdz 480 km/h.
- Stratosfērā atrodas "ozona slānis", kas atrodas aptuveni 12 līdz 50 km augstumā (atkarībā no platuma). Lai gan ozona koncentrācija šajā slānī ir tikai 8 ml/m 3, tas ļoti efektīvi absorbē kaitīgos saules ultravioletos starus, tādējādi aizsargājot dzīvību uz zemes. Ozona molekula sastāv no trim skābekļa atomiem. Skābekļa molekulas, kuras mēs elpojam, satur divus skābekļa atomus.
- Stratosfēra ir ļoti auksta, tās temperatūra apakšā ir aptuveni -55°C un palielinās līdz ar augstumu. Temperatūras paaugstināšanās ir saistīta ar ultravioleto staru absorbciju ar skābekli un ozonu.
Mezosfēra- sniedzas aptuveni 100 km augstumā.
Nēsā parasto zilo krāsu. Naktī tas kļūst melns. Bet saulrieta laikā tas vienmēr kļūst spilgti sarkans. Kāpēc tas notiek, kāda iemesla dēļ tumšsarkanā nokrāsa izplatās pa debesīm? Iespējams, daudzi cilvēki ir atkārtoti uzdevuši šo jautājumu, un tāpēc ir jēga uz to sniegt izsmeļošu atbildi.
Saulriets ir ietonēts ar rietošās saules stariem, tas daudziem ir saprotams. Bet kāpēc tā ir sarkana, nevis oranža vai cita krāsa?
Krāsu spektra iezīmes
Pirms sasniegt zemes virsmu, kur cilvēki to var apcerēt, saules gaismai jāiziet cauri visam planētas gaisa apvalkam. Gaismai ir plašs spektrs, kurā joprojām izceļas primārās krāsas, varavīksnes nokrāsas. No šī spektra sarkanajam ir visgarākais gaismas viļņa garums, bet violetajam ir visīsākais. Saulrietā saules disks strauji kļūst sarkans un steidzas tuvāk horizontam.
Saistītie materiāli:
Vai ziloņi tiešām nekad neaizmirst?
Šajā gadījumā gaismai ir jāpārvar pieaugošs gaisa biezums, un daļa viļņu tiek zaudēta. Vispirms pazūd violets, tad zils, zils. Garākie sarkanās krāsas viļņi turpina iekļūt Zemes virsmā līdz pēdējam, un tāpēc Saules disks un oreols ap to līdz pēdējam brīdim iegūst sarkanīgu nokrāsu.
Kāpēc dienas laikā debesis ir zilas?
Garie gaismas viļņi var iekļūt dziļi atmosfērā tāpēc, ka tie gandrīz netiek absorbēti, nav izkliedēti ar aerosoliem un suspensijām, kas pastāvīgi cirkulē planētas atmosfērā. Kad gaismeklis ir tuvāk zenītam, veidojas cita situācija, kas nodrošina debesīm zilumu. Zilajam ir īsāks viļņu garums nekā sarkanajam, un tas tiek absorbēts spēcīgāk. Bet tā izkliedes spēja ir 4 reizes lielāka salīdzinājumā ar sarkano.
Kad saule atrodas zenītā vai tuvu tam, debesis vienmēr ir zilas. Tas ir saistīts ar faktu, ka gaisa slānis starp planētu un zvaigzni šajā brīdī ir mazs, un zili, zili viļņi iet brīvi. Viņiem ir lieliska izkliedēšanas spēja, un tāpēc tie veiksmīgi noslāpē citas krāsas un toņus. Tāpēc šī krāsa dominē debesīs gandrīz visu diennakts gaišo laiku.
Saistītie materiāli:
Kāpēc debesis uz mēness ir melnas?
Kas mainās vakarā?
Tuvāk saulrietam Saule steidzas pie apvāršņa, jo zemāk krīt, jo ātrāk tuvojas vakars. Šādos brīžos atmosfēras slānis, kas atdala sākotnējo saules gaismu no zemes virsmas, sāk krasi pieaugt slīpuma leņķa dēļ. Kādā brīdī sabiezējošais slānis pārstāj pārraidīt citus gaismas viļņus, izņemot sarkano, un tajā brīdī debesis ir krāsotas šajā krāsā. Zils vairs nav klāt, tas tiek absorbēts, izejot cauri atmosfēras slāņiem.
: saulrietā saule un debesis iziet cauri veselai nokrāsu gammai, jo viena vai otra no tām pārstāj iziet cauri atmosfērai. To pašu var novērot arī saullēkta laikā, abu parādību cēloņi ir vienādi.
Kas notiek saullēktā?
Saullēktā saules stari iziet to pašu procesu, bet apgrieztā secībā. Tas ir, pirmkārt, pirmie stari izlaužas cauri atmosfēras biezumam spēcīgā leņķī, tikai sarkanais spektrs sasniedz virsmu. Tāpēc saullēkts sākotnēji uzaust sarkans. Tad, saullēktam un leņķim mainoties, sāk pāriet citu krāsu viļņi - debesis kļūst oranžas, un tad tās kļūst ierasti zilas. Pusdienu tiek novērota dziļi zila debess, un pēc tam līdz vakaram tas atkal sāk kļūt tumšsarkanā krāsā. Vienā debess pusē, tālu no saules, ir zili melns nokrāsa, bet, jo tuvāk rietošajai zvaigznei, jo vairāk sarkano nokrāsu var redzēt pie horizonta, līdz Saule pilnībā izzūd.
