Синий час
Свет низкого солнца особенно сильно взаимодействует с озоновым слоем, который поглощает желтые и оранжевые тона и пропускает синеву. Это придает атмосфере особый оттенок.
В сумерках и на рассвете в небе преобладает сильный синий свет. Часто говорят о синем часе. Он сочетает в себе мрак ночи с красным цветом низкого солнца. Многие люди тронуты этим явлением; Писатели и поэты писали и пели об этом снова и снова.
"Это был час, когда свет еще не раскрыл цвета" (Хорхе Луис Борхес 1899-1986)
Помимо всего романтического увлечения, фаза также примечательна физически. В этот период времени, когда солнце находится примерно на четыре-восемь градусов ниже горизонта с точки зрения наблюдателя, спектральный состав голубого цвета отличается от дневного голубого неба. Тона могут казаться нам похожими, но они определяются совсем другими процессами.
Когда солнце восходит или садится, оно становится от желтого до красного. В особенно красочных случаях не только они сами и освещенные ими облака окрашиваются в интенсивные красные тона, но и большие части голубого неба..
За многими повседневными вещами скрывается удивительная физика. Hans-Joachim Schlichting много лет отслеживает эти явления и объясняет их читателям "Spektrum der Wissenschaft" в своей колонке. Шлихтинг - профессор дидактики физики, до выхода на пенсию работал в Мюнстерском университете.
Белый солнечный свет на самом деле содержит все спектральные цвета. Однако при определенных условиях взаимодействия с материей разлагают ее на составные части. Наиболее известным результатом такого расщепления, при котором можно наблюдать все длины волн, отсортированные по их размеру, является, вероятно, радуга. Это происходит за счет преломления и отражения излучения в каплях воды. В видимом диапазоне спектр простирается от длинноволнового красного через желтый и зеленый до коротковолнового синего и фиолетового.
Небесный порядок цветов
Как только солнечный свет попадает на молекулы воздуха в атмосфере, "рэлеевское рассеяние" отклоняет его во всех направлениях - коротковолновые части гораздо сильнее, чем длинноволновые. Вы можете примерно проиллюстрировать это волнами на воде. Небольшие препятствия сильно влияют на рябь сопоставимого размера, в то время как на протяженные волны почти не влияют.
Рассеяние по воздуху имеет решающее значение для жизни на Земле: днем оно яркое не только в направлении солнца, но и повсюду. Нас окружает своего рода непрямое трехмерное освещение, цвет которого является результатом суммы многочисленных процессов рассеяния - типичный небесно-голубой. Однако он проявляется только при просмотре через более толстые слои, похожие на воду, которая становится лазурно-голубой только с увеличением глубины.
Когда солнце находится на горизонте, путь его излучения через атмосферу к наблюдателю примерно в 35 раз длиннее, чем от зенита. Поэтому при низком уровне значительно больше коротковолновых составляющих отклоняется от света, чем длинноволновых. Кроме того, все большее число фотонов испытывает такой процесс рассеяния не один, а несколько раз. В общем, почти только желтый и красный остаются на прямом пути к солнцу. Более крупные частицы (аэрозоли) также рассеиваются, из-за чего большие части окружающего неба за солнечным диском кажутся красными.
Когда Солнце находится за горизонтом, его лучи все еще достигают высоких слоев атмосферы. В принципе, теперь можно было бы ожидать, что и зенит потеряет свою синеву. Хотя фотоны из верхней части солнца со светом, рассеянным в стороны, вносят свой вклад в цвет неба, их становится все меньше и меньше. Они должны постепенно смешиваться с красным до зеленоватого или желтоватого тона. Но зенит сохраняет насыщенный кобальтово-синий.
В этом удивительном открытии виноваты молекулы озона, которые чаще встречаются в нижней стратосфере. Они в основном поглощают желтый и оранжевый цвета и в значительной степени проницаемы для синего. Таким образом, озоновый слой действует как фильтр синего цвета, охватывающий все небо. Он препятствует достижению зенита длинноволновыми составляющими сумеречного излучения. Поэтому синий до сих пор доминирует там. Особенно длинный световой путь от низкого солнца через озон имеет решающее значение для четкого эффекта. Поэтому поглощение соответственно велико.
Чем дальше опускается солнце, тем выше серо-голубой дугой поднимается тень от земли с другой стороны. Если сумерки достаточно сильны, чтобы быть видимыми также как красноватое свечение на противоположном небе, они все больше и больше исчезают в земной тени, которая, наконец, сливается с ночным небом.
Взаимодействие между солнечным светом и озоновым слоем происходит не только утром и вечером. Синий фильтр озона так же эффективен днем, но тогда путь излучения через слой значительно короче. Рэлеевское рассеяние намного сильнее и поэтому доминирует большую часть времени.
Удивительно, что синева, кажущаяся такой естественной в зените, обусловлена двумя совершенно разными физическими процессами как днем, так и при переходе к ночи. Создается впечатление, что природа во что бы то ни стало заботится о сохранении синевы неба.