Подивіться вгору в сонячний день. Небо блакитне. Люди десять тисяч років тому теж це знали. Але ось дивна річ: майже всю історію ніхто не міг пояснити, чому. Навіть дуже розумні люди відповідали неправильно.
У цій статті ми поставимо кілька простих запитань про кольори навколо нас. Чому небо блакитне? Чому воно не фіолетове? Чому захід сонця червоний? Чому хмари білі? І якого кольору небо в інших світах? Відповіді легко зрозуміти, а деякі з них — справжня несподіванка.
Спочатку — секрет сонячного світла
Сонячне світло здається нам білим або жовтим. Але це не один колір. Це суміш багатьох кольорів: червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, синього і фіолетового. Фіолетовий — це темний пурпуровий колір.
Англійський учений Ісаак Ньютон показав це в 1660-х роках. Він був у темній кімнаті. Через маленький отвір він впустив тонку лінію сонячного світла. Потім поставив на шляху світла призму. Призма — це шматок скла з трьома сторонами. Біле світло увійшло в скло, а з іншого боку вийшла смуга кольорів. На стіні це було схоже на веселку.
Ви теж можете побачити цей секрет. Веселка на небі працює так само. Але цього разу «призми» — це мільйони дуже маленьких крапель дощу.
Світло рухається, як хвиля на морі. Деякі кольори мають довгі хвилі, а інші — короткі. Червоне світло має найдовші хвилі. Синє і фіолетове світло мають найкоротші хвилі. Запам’ятайте це. Це ключ до всієї статті.
Чому небо блакитне?
Повітря навколо нас не порожнє. Воно повне дуже-дуже маленьких частинок, які називаються молекулами. Більшість із них — це молекули двох газів: азоту і кисню. Ми не можемо їх побачити.
Коли сонячне світло приходить на Землю, воно вдаряється в ці молекули. Молекули відправляють частину світла в усі боки: угору, униз, ліворуч і праворуч. Учені називають це розсіюванням.
А тепер найважливіше. Молекули розсіюють не всі кольори однаково. Короткі хвилі вони розсіюють набагато сильніше, ніж довгі. Синє світло має короткі хвилі, тому повітря розсіює багато синього світла. Червоне світло має довгі хвилі, тому більша його частина проходить крізь повітря прямо.
Повітря розсіює синє світло приблизно в п’ять разів сильніше, ніж червоне.
Тому синє світло йде по всьому небу. Воно приходить до ваших очей з усіх боків. Коли ви дивитеся вгору, ви бачите синє світло з усіх частин неба. Ось чому все небо здається блакитним.
Британський учений лорд Релей пояснив це в 1871 році. Сьогодні вчені досі називають це «релеївським розсіюванням».
Але ось гарне запитання. Фіолетове світло має ще коротші хвилі, ніж синє. Отже, повітря розсіює фіолетове світло ще сильніше, ніж синє. То чому ж небо не фіолетове?
На це є три причини.
- Сонце надсилає нам менше фіолетового світла, ніж синього.
- Частина фіолетового світла зупиняється дуже високо в небі. Вона не доходить до нас.
- Наші очі не дуже добре бачать фіолетовий колір. Синій вони бачать набагато краще.
Отже, у небі трохи є фіолетового, але наші очі змішують усе разом, і ми бачимо світло-блакитний колір. Колір неба залежить не лише від повітря. Він залежить і від наших очей.
Чому заходи сонця червоні й оранжеві?
Опівдні Сонце високо над вами. Його світло проходить крізь повітря коротким шляхом. Але ввечері Сонце низько. Його світло приходить збоку. Тепер воно мусить пройти крізь набагато більше повітря — у багато разів більше, ніж опівдні.
У цій довгій подорожі повітря розсіює майже все синє світло. Воно йде в інші боки й ніколи не доходить до ваших очей. Що залишається? Довгі хвилі: червоний, оранжевий і жовтий. Тому Сонце і небо біля нього здаються червоними й оранжевими.
Пил і дим можуть зробити заходи сонця ще червонішими. У 1883 році в Індонезії вибухнув вулкан Кракатау. Він викинув величезну хмару пилу дуже високо в небо. Багато місяців після цього люди в усьому світі бачили дуже червоні й гарні заходи сонця.
Чому хмари білі?
Хмари складаються з дуже маленьких крапель води або маленьких шматочків льоду. Ці краплі маленькі, але вони набагато більші за молекули повітря.
Більші речі розсіюють світло по-іншому. Вони не вибирають синій. Вони розсіюють усі кольори однаково: червоний, зелений, синій і всі інші. А що виходить, коли змішати всі кольори? Білий! Ось чому хмари білі.
Але деякі хмари темно-сірі. Чому? Велика дощова хмара дуже товста. Вона може бути заввишки кілька кілометрів. Світло заходить у хмару згори, але знизу виходить дуже мало світла. Тому, коли ви стоїте під хмарою, вона здається сірою або навіть чорною. Це та сама біла вода — тільки в тіні.
Чому море синє?
Багато людей думають, що море синє, бо воно відбиває блакитне небо, як дзеркало. Це правда лише частково. У сірий день море часто теж здається сірим.
Але є ще одна причина, і вона несподівана. Вода сама має дуже світлий блакитний колір. Вода забирає, або поглинає, трохи червоного світла. У склянці води ви цього не побачите. Там замало води. Але в морі світло проходить крізь багато метрів води. Вода поглинає все більше червоного світла. Синє світло залишається. Тому глибока і чиста вода здається синьою навіть під сірим небом.
Дайвери добре це знають. На глибині десяти метрів червоні речі вже не здаються червоними. Вони здаються коричневими або темними. Червоне світло не може опуститися так глибоко.
Якого кольору небо в інших світах?
Наше блакитне небо — це наслідок нашого повітря. То що буде там, де повітря немає? Відповідь — Місяць. На Місяці майже немає повітря. Тому там нема чому розсіювати сонячне світло. На Місяці небо чорне — навіть посеред дня! Астронавти місій «Аполлон» ходили по Місяцю між 1969 і 1972 роками. Вони бачили яскраве Сонце на чорному небі.
Планета Марс ще дивніша. На Марсі дуже рідке повітря і багато червоного пилу. Цей пил літає високо в небі. Удень через пил небо Марса здається жовто-коричневим, кольору карамелі. Але під час заходу сонця небо біля Сонця стає блакитним. Роботи NASA на Марсі зробили фото цих блакитних заходів сонця. Отже, на Марсі все навпаки, ніж на Землі: денне небо не блакитне, а захід сонця — блакитний.
Маленькі запитання, великі ідеї
«Чому небо блакитне?» звучить як запитання для маленьких дітей. Але щоб відповісти на нього, треба зрозуміти сонячне світло, хвилі, повітря, наші очі й навіть інші планети. Блакитне небо, червоний захід сонця, біла хмара і синє море — усе це походить від однієї простої ідеї: світло зустрічає щось на своєму шляху, і деякі кольори йдуть геть, а інші залишаються.
Наступного разу, коли подивитеся на небо, спробуйте згадати це. Блакить над вами — це сонячне світло, яке зіткнулося з мільярдами крихітних молекул. І ось останнє запитання для роздумів: якби ви могли вибрати, під небом якого кольору ви хотіли б жити?
