Одной из отличительных черт человека является любознательность. Наверное, каждый, будучи ребенком, смотрел на небо и задавался вопросом: «почему небо голубое?». Как оказывается, ответы на такие, кажется, простые вопросы требуют некоторой базы знаний в области физики, а потому не каждый родитель сможет верно объяснить ребенку причину указанного явления.

Рассмотрим данный вопрос с научной точки зрения.

Диапазон длин волн электромагнитного излучения охватывает почти весь спектр электромагнитного излучения, в который входит и видимое для человека излучение. На представленном ниже изображении показана зависимость интенсивности излучения Солнца от длины волны этого излучения.

Анализируя данное изображение, можно отметить тот факт, что видимое излучение также представлено неравномерной интенсивностью для излучения различных длин волн. Так относительно малый вклад в видимое излучение дает фиолетовый цвет, и наибольший – синий и зеленый цвета.

Почему небо голубое?

Прежде всего на этот вопрос нас наталкивает тот факт, что воздух – бесцветный газ и не должен излучать синий свет. Очевидно, что причиной подобного излучения является наша звезда.

Как известно, белый свет на самом деле является комбинацией излучения всех цветов видимого спектра. С помощью призмы можно явно разложить свет на весь диапазон цветов. Подобный эффект возникает в небе после дождя и образует радугу. Когда же солнечный свет попадает в земную атмосферу, он начинает рассеиваться, т.е. излучение меняет свое направление. Однако, особенность состава воздуха такова, что при попадании света в него, излучение с короткой длиной волны рассеивается сильнее, чем длинноволновое излучение. Таким образом, беря во внимание изображенный ранее спектр, можно заметить, что красный и оранжевый свет, практически не будут менять своей траектории, проходя через воздух, в то время как фиолетовое и голубое излучения будут заметно менять свое направление. По этой причине в воздухе возникает некий «блуждающий» коротковолновый свет, который постоянно рассеивается в этой среде. В результате описанного явления, кажется, что коротковолновое излучение видимого спектра (фиолетовый, голубой, синий) излучается в каждой точке неба.

Общеизвестный факт восприятия излучения состоит в том, что глаз человека может уловить, увидеть, излучение только в том случае, если оно непосредственно попало в глаз. Тогда, смотря в небо, Вы вероятнее всего будете видеть оттенки того видимого излучения, длина волны которого наименьшая, так как именно оно рассеивается в воздухе лучше всего.

Почему же смотря на Солнце Вы не видите отчетливо красный цвет? Во-первых, внимательно рассмотреть Солнце человеку вряд ли удастся, так как интенсивное излучение может повредить зрительный орган. Во-вторых, несмотря на существование такого явления как рассеяние света в воздухе, все же большая часть света, излучаемого Солнцем, доходит до поверхности Земли не подвергаясь рассеиванию. А потому все цвета видимого спектра излучения совмещаются, формируя свет с более выраженным белым цветом.

Вернемся к рассеянному воздухом свету, цвет которого, как мы уже определили, должен иметь наименьшую длину волны. Из видимого излучения наименьшей длиной волны обладает фиолетовый, следом идет голубой, и несколько длиннее волны имеет синий цвет. Принимая во внимание неравномерную интенсивность излучения Солнца, становится ясно, что вклад фиолетового цвета мизерный. Поэтому наибольший вклад в рассеянное воздухом излучение несет голубой цвет, а следом – синий.

Почему закат красный?

В случае, когда Солнце прячется за горизонт, мы можем наблюдать то самое длинноволновое излучение красного-оранжевого цвета. В данном случае свет от Солнца должен пройти заметно большее расстояние в атмосфере Земли, прежде чем достигнет глаз наблюдателя. В месте, где излучение Солнца начинает взаимодействовать с атмосферой, наиболее выраженными являются голубой и синий цвета. Однако, с расстоянием коротковолновое излучение теряет свою интенсивность, так как значительно рассеивается по пути. В то время как длинноволновое излучение отлично справляется с преодолением таких больших расстояний. Вот почему Солнце красное на закате.

Как было упомянуто раньше, хоть длинноволновое излучение и слабо рассеивается в воздухе, все же рассеяние имеет место быть. Поэтому находясь на горизонте, Солнце излучает свет, из которого до наблюдателя доходит лишь излучение красно-оранжевых оттенков, которое несколько успевает рассеяться в атмосфере, образуя ранее упомянутый «блуждающий» свет. Последний и окрашивает небо в пестрые оттенки красного и оранжевого цвета.

Почему облака белые?

Говоря об облаках, известно, что они состоят из микроскопических капелек жидкости, которая рассеивает видимый свет почти равномерно, независимо от длины волны излучения. Тогда рассеянный свет, направленный во все стороны от капельки, рассеивается вновь на других капельках. При этом комбинация излучений всех длин волн сохраняется, и облака «светятся» (отражаются) белым цветом.

Если погода пасмурная, то солнечное излучение доходит до поверхности Земли в незначительном количестве. В случае с большими облаками, или их большим количеством, некоторая доля солнечного света поглощается, потому небо тускнеет и принимает окрас серого цвета.

Многие из нас ещё в далёком детстве хоть раз, да задавались подобным вопросом, отчего небо над нами голубое? Ведь свет, который доходит до нас прямиком с Солнца, по сути, является белым, никак не голубым. Однако, по мере взросления, люди наверняка не потеряли интереса к данному вопросу. Многие были бы не прочь усмирить своё любопытство и всё-таки узнать, почему небесный свод именно голубого оттенка.

Почему небо голубое: физика

Более подробно углубиться во все тонкости этого вопроса поможет физика, где учёные уже давно разобрались в причинах и всё досконально изучили. Нам остаётся лишь вкусить плоды их кропотливой работы.

Итак, начнём с того, что нашу планету отличает от других – это наличие воздуха, которым могут дышать живые организмы. Хоть в его состав и входят азот, кислород, углекислый газ, пары воды, различные пылинки, которые постоянно находятся в движении, он, тем не менее, остаётся абсолютно прозрачным. Но зато солнечный свет обладает огромным количеством цветов, нам они знакомы как цвета радуги. Каждый из семи цветов обладает собственной волной, лучом, и все они разные по длине.

Чтобы солнечному свету достичь земли, ему необходимо пробиться через огромный слой воздуха. Именно во время прохождения света сквозь воздух лучи начинают рассеиваться, а более интенсивно процесс этот происходит именно с синим цветом. Объясняется это очень просто – длина волны синего света самая короткая. Вот так, с точки зрения физики, объясняется голубизна неба.

Физика ответила нам на вопрос «почему небо голубое» , но как же быть с облаками, ведь они имеют белый оттенок, хоть и находятся в воздухе. Было бы логично предположить, что лучи солнечного света будут рассеиваться сквозь облака точно так же, как и, проходя сквозь толщу воздуха. Но к этому вопросу нужно подойти немного с другой стороны.

Облака, прежде всего, это мельчайшие частицы воды, испарившиеся с поверхности земли и сгруппировавшиеся в газообразную массу. Но как бы ни были малы эти частицы, они всё равно будут по размеру гораздо крупнее молекулы воздуха. Именно в размере молекул и кроется ответ на данный вопрос.

Как нам стало известно, солнечные лучи, проникая в атмосферу Земли, на своём пути встречают препятствие – воздух, которое возможно преодолеть лишь путём рассеивания. Но с облаками такой способ не действует всё из-за того же размера молекул. Свет, встречаясь с микро-капелькой воды, не преломляется, а наоборот, отражается от её поверхности.

Это позволяет солнечному лучу остаться в своей изначальной палитре цветов, то есть, белым, при этом окрасив молекулы облаков в белый цвет.

Если, глядя в окно, вы видите, как небо затянуло свинцовыми тучами, и не можете понять причину случившегося, то ничего страшного. Возможно, вам просто следует восполнить некоторые пробелы в знаниях или освежить память, чтобы в первую очередь быть в курсе, откуда вообще берутся облака. И уже тогда вам будет понятно, стоит ли их опасаться.

Что собой представляют облака

Как бы на небе ни выглядели облака, будь они почти прозрачные, словно пелена или непроглядные, как свинцовая туча, все они состоят из воды. Дело в том, что при нагревании воздуха, находящаяся на поверхности земли влага принимает газообразное состояние и поднимается наверх, где из-за более низкой температуры воздуха она конденсируется. Однако есть одна деталь, необходимая для образования туч - это пыль. Еще в начале процесса их формирования молекулы воды липнут к ее мельчайшим частицам, после чего образуются капли и кристаллики льда, которые в дальнейшем и будут дождем. При благоприятных условиях для роста облака набирают объем, становятся тяжелее, опускаются все ниже и в конечном итоге их содержимое выпадает в виде осадков.

Высота облаков может варьироваться от 100 м от Земли до 30 км, в зависимости от погодных условий, климата и стадии их развития. Но образуются они именно на высоте до 14 км, между верхними слоями тропосферы и поверхностью Земли. Высота, на которой тучи только образуются и располагаются в дальнейшем, зависит от их типа. Чтобы наконец понять, к какому из них относятся так называемые свинцовые тучи, перейдем к их описанию.

Классификация облаков

Глядя на небо, вы можете увидеть облака трех типов:

1. Перистые. Как правило, они белого цвета, похожи на огромные ленты, изогнутой или прямой формы, распростершиеся по небу. Находятся на высоте 6-10 км, их толщина колеблется от 100 м до 2 км, а структура обычно кристаллическая.
2. Слоистые. Название говорит само за себя, облака данного типа будто наложены друг на друга аккуратным слоем, при этом, нередко они разного оттенка, что делает их еще красивее. Располагаются на высоте 0,1-0,7 км, обладают толщиной 0,2-0,8 км, в основном капельной структуры.
3. Кучевые. Напоминают собой большие белоснежные сугробы, парящие высоко в небе. Обычно на высоте 800-1500 м, шириной от 100 м до 2 км.

Часто можно наблюдать их сочетания, такие как перисто-слоистые, слоисто-кучевые и т. д. Если же ваш взгляд упал на свинцовую тучу, то вероятно перед вами уже слоисто-дождевое или кучево-дождевое облако. Возможно, скоро начнется дождь.

Причина образования свинцовой тучи

Всем известно, что между цветом облаков и их способностью проливать дожди, существует прямая связь. Если на горизонте появилось темное облако, то вероятно в ближайшее время выпадут осадки, и, возможно, сопровождаемые грозой. Но иногда вид свинцовых туч на небе может искренне поразить, что даже у взрослого человека возникнет вопрос о причине их появления. На самом же деле, они ничем не отличаются от обычных облаков. Просто возникли подходящие условия для их роста, после чего за счет большого объема влаги и плотности, они абсолютно перестали пропускать солнечный свет и кажутся такими устрашающими. Также порой сказывается и загрязненный воздух, из-за которого в состав облаков попадает большое количество копоти, пыли, и они становятся более черными. И, наконец, что касается необходимых условий для образования свинцовой тучи:

• Неустойчивость воздушной массы, восходящей наверх;
• Наличие теплого и холодного воздуха (чаще встречается в конце лета, весны и начале осени).

А все, что следует сделать при ее появлении, - это лишь обезопасить себя от удара молнией.

В летний погожий денек так приятно порой любоваться летящими по высокому небу белоснежными облаками, принимающими причудливые очертания диковинных зверей, сказочных замков или других образов, подсказанных фантазией.


Но стоит только на краю неба появиться черной дождевой туче, и беззаботное настроение сразу сменяется неосознанным чувством тревоги. Почему это происходит? Почему облака, такие белые и легкие, становясь грозовой тучей, сразу же темнеют, приобретая глубокий, почти черный цвет?

Что собой представляют облака?

Все без исключения облака представляют собой огромные, иногда размером в несколько десятков километров, скопления мельчайших водяных капелек и кристалликов льда, силой ветра перемещаемые над поверхностью земли на высоте от 0,5 до 30 километров.

Микроскопические размеры облачных элементов – капель или льдинок – дают возможность им долгое время держаться в воздухе. Но как только создаются условия для укрупнения облачных элементов, они становятся слишком тяжелыми, опускаются и выпадают из облака .

Облака бывают:

— перистыми – распростершимися по небу в виде огромных перьев или лент, прямой или изогнутой формы;

— слоистыми – будто состоящими из нескольких слоев, уложенных один на другой, нередко немного разного оттенка;

— кучевыми – напоминающими огромные сугробы или комки белоснежной ваты, летящие высоко в небе.


Это основные формы облаков, на практике нередко они сочетаются между собой самым причудливым образом, становясь перисто-слоистыми, перисто-кучевыми, слоисто-кучевыми и т.д.

Как образуются облака?

Как было сказано выше, облака образованы капельками водяного пара. Ежедневно с поверхности океанов, морей, озер и рек, да и просто с поверхности земли испаряются десятки тысяч тонн воды. Вначале эта вода находится в теплых слоях воздуха, расположенных близко к поверхности.

Этот теплый воздух, согласно законам физики, поднимается вверх, но чем больше он удаляется от земли, тем больше остывает. Молекулы воды, теряя энергию, начинают переходить из газообразного состояния в жидкое, конденсируясь в виде капель.

Но так как поднявшийся вверх воздух является более разреженным, чем нижний слой, находящийся возле поверхности, то капли воды не могут сконденсироваться до достаточно крупных размеров и остаются в атмосфере в виде взвеси, мельчайшего аэрозоля из жидких или твердых ледяных частиц. Это и есть облака.


Специалисты утверждают, что вода в них нередко присутствует в обоих состояниях одновременно – и в виде капель, и в виде льдинок.

Почему у облаков и туч разный цвет?

Метеорологи не пользуются термином «туча» , вместо этого они говорят «дождевое облако» или «грозовое облако» . Все мы знаем, что если на горизонте появилось и приближается к нам темное облако, то вскоре обязательно пойдет дождь. Между цветом облака и его способностью проливать капли воды существует самая непосредственная связь.

Дело в том, что структура белых облаков, летящих в небе на высоте шести и выше километров, очень разреженная, неплотная. Поэтому солнечный свет проходит сквозь них практически беспрепятственно, как сквозь матовый абажур лампы. Создается впечатление белоснежной воздушной массы, легкой и сияющей.

Когда, в силу разных причин, облако опускается на высоту двух или меньше километров, оно становится более плотным, и солнечным лучам уже труднее проходить через его толщу.

Чем ниже опускается облако, тем более темным оно выглядит: вначале оно приобретает легкий сероватый оттенок, затем становится явственно серым, синим или фиолетовым.

Одновременно воздушная масса уплотняется, и мельчайшие капельки сближаются друг с другом. Это приводит к тому, что капли воды увеличиваются в размерах, что еще больше ухудшает проходимость сквозь тучу солнечных лучей. Она становится все более тяжелой и опускается все ниже и ниже, и вот наступает момент, когда туча уже не может удерживать в себе капли воды, и они начинают падать вниз, на землю.

Процесс конденсации продолжается до тех пор, пока облако не станет менее плотным и не начнет подниматься в верхние слои атмосферы.


Таким образом, становится понятным, что цвет облака зависит в основном от его плотности: чем выше этот показатель, тем темнее облако.

Самую большую плотность имеют дождевые и грозовые облака, капли воды в которых уже сконденсировались практически до готовности пролиться на землю. Именно поэтому дождевая туча выглядит тяжелой и черной, а облако – белым и легким.