3. Красный свет заходящего солнца.

Почему небо имеет голубой цвет? Почему заходящее солнце становится красным? Оказывается, в обоих случаях причина одна – рассеяние солнечного света в земной атмосфере.

Это было понято не сразу. Для объяснения голубизны небосвода выдвигались в свое время различные гипотезы. Пытались объяснить голубой цвет неба как результат смешивания в определенных пропорциях «света и тьмы». Предполагали, что частицы воздуха окрашены в голубой цвет. Допускали, что голубое свечение неба есть свечение люминесценции частиц воздуха, возникающие при облучении этих частиц солнечным светом. Сегодня все эти объяснения рассматривают как несостоятельные.

Их несостоятельность была доказана уже более ста лет тому назад, в 1869 году, когда Дж. Тиндаль выполнил свой знаменитый опыт. Этот опыт был воспроизведен в домашних условиях. Используется аквариум прямоугольной формы, наполненный водой и направляется на стенку аквариума слабо расходящийся пучок света от диапроектора. Чтобы пучок был достаточно узким, вставим в диапроектор вместо слайда кусочек плотной чёрной бумаги с отверстием в центре диаметром 2…3 мм. Опыт проводится в затемнённом помещении. Для усиления сетевого пучка при его прохождении через аквариум можно добавить в воду немного молока и тщательно размешаем жидкость. Содержащиеся в молоке частички жира не растворяются в воде; они находятся во взвешенном состоянии и способствуют рассеянию света. Можно наблюдать голубоватый оттенок у рассеянного света. Свет же, прошедший сквозь аквариум, приобретает красноватый оттенок. И так, если смотреть на световой пучок в аквариуме сбоку, он представляется голубоватым, а с выходного торца – красноватым (рис. 5 .) Это можно объяснить, если предположить, что синий цвет рассеивается сильнее, чем красный; при прохождении белого светового пучка через рассеивающую среду. Из него рассеивается в основном «синий компонент», поэтому в выходящем из среды пучке начинает преобладать «красный компонент».

В 1871 году Дж. Стретт (Рэлей) именно так и объяснил результаты опытов Тиндаля. Он построил теорию рассеяния световых волн на частицах, размеры которых намного меньше длины световой волны. Установленный Рэлеем закон утверждает: интенсивность рассеянного света пропорциональна четвертой степени частоты света или, иначе говоря, обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны.

Если применить закон Рэлея к рассеянию солнечного света в земной атмосфере, то нетрудно объяснить и голубой цвет дневного неба, и красный цвет солнца при восходе и закате. Поскольку интенсивнее рассеиваются световые с более высокими частотами, то, следовательно, спектр рассеянного света будет сдвинут в сторону высоких частот, а спектр света, остающегося в пучке (после того как испытавший рассеянье свет покинул пучок), будет сдвинут, естественно, в обратную сторону – к более низким частотам .В первом случае белый цвет становится голубым, а во втором - красноватым. Глядя на дневное небо, люди воспринимают свет, рассеянный в атмосфере; согласно закону Рэлея, спектр этого света сдвинут в сторону более высоких частот, отсюда голубой цвет неба. Глядя на солнце, наблюдатель воспринимает свет, прошедший через атмосферу без рассеяния; спектр этого света сдвинут к низким частотам. Чем ближе солнце к линии горизонта, тем более длинный путь проходят в атмосфере световые лучи, прежде чем попадут к наблюдателю, тем в большей мере сдвигается их спектр. В результате заходящее (восходящее) солнце мы видим в красных тонах. Вполне понятно также, почему нижняя часть заходящего солнечного диска выглядит более красной, нежели его верхняя часть.