Почему небо голубое

Солнечный свет — смесь цветов

Свет Солнца кажется белым, но это смесь всех цветов радуги — от красного до фиолетового. У каждого цвета своя длина волны: у красного она самая длинная, у синего и фиолетового — самая короткая. Как белый свет раскладывается на цвета в каплях дождя, мы рассказывали в статье «Как появляется радуга».

Воздух рассеивает синий

Солнечный луч, проходя сквозь атмосферу, сталкивается с молекулами воздуха — в основном азота и кислорода. Эти молекулы гораздо меньше длины волны света, и они рассеивают свет: отклоняют часть лучей в стороны ^[1][2].

Главное — рассеяние сильно зависит от длины волны. Чем волна короче, тем сильнее она рассеивается: обратно пропорционально четвёртой степени длины волны^[1][3]. Синий свет примерно в полтора раза короче красного — значит, рассеивается в несколько раз сильнее.

Поэтому, когда мы смотрим на небо в сторону от солнца, к нам со всех сторон приходит рассеянный синий свет — и небо кажется голубым^[2].

Закаты и рассветы

На закате и на рассвете солнце стоит у самого горизонта. Его лучи идут к нам почти вдоль поверхности Земли — через гораздо более толстый слой воздуха, чем днём. По дороге синий и зелёный свет успевают рассеяться в стороны, и до глаза доходят в основном оранжевые и красные лучи. Поэтому солнце у горизонта и освещённые им облака — оранжевые и красные^[2][1].

При этом вдалеке от солнца небо на закате остаётся голубым^[1]. А в сумерках голубой цвет вечернему небу помогает сохранить ещё и озон^[2].

Почему облака белые

Капельки воды в облаках намного крупнее длины волны света. Такие частицы рассеивают все цвета примерно одинаково, а смесь всех цветов — белый свет. Поэтому облака белые или серые, а в пасмурный день весь свет — рассеянный: он проходит сквозь облака, как сквозь матовое стекло^[2].

Кто это объяснил

В 1869 году британский физик Джон Тиндаль заметил, что яркий свет, рассеянный мельчайшими частицами в воздухе, становится чуть голубоватым. Он предположил, что так и окрашивается небо, но объяснить, почему рассеивается именно синий, не смог^[3].

Это сделал лорд Рэлей (Джон Уильям Стретт). В 1871 году он опубликовал две статьи о цвете и поляризации небесного света и вывел ту самую зависимость рассеяния от длины волны^[3][1]. Позже он показал, что рассеивать свет могут и отдельные молекулы воздуха, а не только пылинки^[3]. С тех пор такое рассеяние называют рэлеевским.

О цветах и их названиях — в справочнике «Названия цветов».

Соберите пазл «Розовый закат в поле» в нашей игре Пазлум.