А почему небо днем голубое, ведь воздух бесцветный,

ПРИЧИНА окраски неба в дневное время и в сумерки долгое время оставалась необъясненной, хотя этот вопрос исследовался на протяжении доброй сотни лет. Почему чистое небо днем большей частью голубое, а у горизонта белесое? Почему заходящее солнце обычно красное, а небо над ним окрашено в разные цвета? Почему в сумерки в восточной части неба появляется искривленная тень с розовой границей? Почему в западной части неба вскоре после захода солнца иногда возникает фиолетовое пятно, которое через некоторое время исчезает, и почему такое же пятно иногда появляется спустя два часа? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно знать, как взаимодействует свет с молекулами атмосферных газов и с взвешенными в воздухе частицами. На некоторые из этих вопросов однозначные ответы еще не получены.

Гипотез относительно того, почему чистое небо преимущественно голубого цвета, предлагалось достаточно много. В некоторых из них принимались во внимание особенности рассеяния света на таких объектах, как пыль, аэрозоли кристаллики льда и капли воды; в других предполагалось, что основную роль здесь играет поглощение компонентов солнечного света, соответствующих красному концу спектра, молекулами водяного пара и озона. Непригодность всех этих объяснений была разобрана в появившемся в 1985 г. обзоре К. Борена и А. Фрейзера из Пенсильванского университета, которые привели правильное объяснение, а именно то, которое еще в 1899г. дал лорд Рэлей.

Рэлей не сразу пришел к своей идее - отчасти по причине тех открытий, о которых сообщил в 1869 г. английский физик Дж. Тиндалл, оставивший по себе память как умелый популяризатор. Тиндалл показал, что искусственный туман "приобретает цвет, соперничающий с цветом чистейшего итальянского неба", если его осветить белым светом и наблюдать под углом к световому лучу. Годы спустя многие исследователи, включая Рэлея, продолжали считать, что голубой цвет неба объясняется рассеянием света на частицах. Предполагалось, что просто газ, например воздух, очищенный от всех взвешенных частиц, не будет рассеивать свет и разлагать его на цвета спектра.

Однако в статье, опубликованной в 1899 г. , Рэлей все-таки признал, что рассеяние солнечного света и разделение его на цветовые компоненты - дело молекул атмосферных газов и что "даже в отсутствие посторонних частиц в воздухе небо все равно было бы голубым". Рэлей построил изящную модель, объясняющую, как молекулы рассеивают свет. Чтобы разобраться в этой модели, рассмотрим молекулу (неважно какого газа) , освещенную белым светом. Белый свет представляет собой смесь всех лучей видимого спектра, каждому из которых соответствует определенная длина волны. Она возрастает последовательно от синей части спектра к зеленой, желтой и красной; длина волны красного света в 1,68 раза больше длины волны синего. Каждая составляющая белого света рассеивается на молекуле во всех направлениях, но распределение это неоднородно. Наибольшее количество света рассеивается вперед (как если бы свет проходил через молекулу насквозь) и в обратном направлении (к солнцу) . В направлении, перпендикулярном солнечному лучу, света рассеивается вдвое меньше. Все лучи спектра рассеиваются сходным образом, но для каждого цвета интен-сивность-света, рассеиваемого в определенном направлении, различна. Рэлей обнаружил, что эта интенсивность обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Таким образом, коротковолновая радиация (синий свет) рассеивается сильнее, чем длинноволновая (красный свет) . Поскольку отношение длин волн этих лучей равно 1,68, интенсивность рассеянного синего света в 1,684, или примерно в 8, раз больше, чем интенсивность рассеянного красного света.

Предположим, вы воспринимаете свет, рассеянный перпендикулярно падающему солнечному лучу. Если бы вы могли увидеть свет, рассеиваемый одной молекулой, он показался бы вам голубоватым, поскольку синие лучи в рассеянном свете имели бы наибольшую интенсивность.