Чому небо блакитне?

Чому небо блакитне — дуже важко знайти відповідь на таке просте питання. Багато вчених сушили собі голову в пошуках відповіді. Найкраще розв'язання проблеми запропонував близько 100 років тому англійський фізик лорд Джон Релей. Але почнемо спочатку. Сонце випромінює сліпуче чисте біле світло.

Значить і колір неба повинен бути таким же, але воно все-таки блакитне. Що ж відбувається з білим світлом в земній атмосфері?

Біле світло — це суміш кольорових променів. За допомогою призми ми можемо зробити веселку. Призма розкладає білий промінь на кольорові смуги: червону, помаранчеву, жовту, зелену, блакитну, синю і фіолетову. З'єднуючись разом, ці промені знову утворюють біле світло. Можна припустити, що сонячне світло спочатку розщеплюється на кольорові складові. Потім щось відбувається, і поверхні Землі досягають тільки блакитні промені.

Отже, чому ж небо блакитне? Є кілька можливих пояснень. Повітря, що оточує Землю, — це суміш газів: азоту, кисню, аргону та інших. В атмосфері присутні ще водяна пара і кристалики льоду.

У верхніх шарах атмосфери розташований шар озону. Можливо причина в цьому? Деякі вчені вважали, що молекули озону і води поглинають промені червоного кольору і пропускають блакитні. Але виявилося, що в атмосфері просто не вистачить озону і води, щоб пофарбувати небо в блакитний колір.

У 1869 році англієць Джон Тіндалл припустив, що пил та інші частинки розсіюють світло. Синє світло розсіюється в найменшій мірі і проходить шари таких частинок, досягаючи поверхні Землі. У своїй лабораторії він створив модель смогу і висвітлив її яскравим білим променем. Смог перетворився в глибокий синій колір. Тіндалл вирішив, що якби повітря було абсолютно чисте, то ніщо б не розсіювало світло, і ми могли б милуватися яскравим білим небом. Лорд Релей теж підтримував цю ідею, але недовго. У 1899 році він опублікував своє пояснення: саме повітря, а не пил або дим, забарвлює небо в блакитний колір.

Пояснення чому небо блакитне. Частина сонячних променів проходить між молекулами газу, не стикаючись з ними, і без змін досягає поверхні Землі. Інша, більша частина, поглинається газовими молекулами. При поглинанні фотонів молекули збуджуються, тобто заряджаються енергією, а потім випускають її у вигляді знову-таки фотонів. Ці вторинні фотони мають різну довжину хвилі і можуть бути будь-якого кольору — від червоного до фіолетового. Розлітаються вони у всіх напрямках: і до Землі, і до Сонця, і в сторони. Лорд Релей припустив, що колір вихідного променя залежить від переваги в промені квантів того чи іншого кольору. При зіткненні молекули газу з фотонами сонячних променів на один вторинний квант червоного кольору припадає вісім квантів синього.

Який результат? Інтенсивне блакитне світло буквально ллється на нас з усіх боків з мільярдів молекул газів атмосфери. До цього світла домішані фотони інших кольорів, тому воно не має чисто синього тону.