Что такое красное солнце
Почему Солнце на закате красное?
Закаты Солнца нередко порождают красивейшие картины. Небо и облака окрашиваются разными цветами — здесь и красный, и розовый, и желтый, и нежно-голубой. Ни один закат не повторяется! Очевидно, вся эта красота возможна благодаря тому, что заходящее Солнце меняет свой цвет с ярко-желтого на оранжевый и даже красный. Но почему так происходит? Почему солнце на закате красное?
На самом деле физика процесса очень простая.
Во время закатов Солнце часто бывает красным или оранжевым. Почему? Фото: Виталий Копа
Как известно, Земля окружена атмосферой (проще говоря, воздухом). И это очень хорошо, ведь мы ею дышим! Атмосфера состоит в основном из двух газов — азота и кислорода. Кроме того, в небольших количествах в ней присутствуют аргон, пары воды и углекислый газ. Все это существует в виде беспорядочно летающих вокруг нас и сталкивающихся друг с другом молекул.
Свет Солнца, прежде чем попасть в наши глаза, должен вначале преодолеть 150 миллионов километров — расстояние от Солнца до Земли (и в этом нет никакой проблемы — свет проделывает этот фокус всего за 8 минут), а затем пройти сквозь толщу атмосферы. И вот здесь у солнечного света начинаются проблемы.
Если вы помните, свет, который излучает Солнце, практически белый. Ну хорошо, возможно, чуть-чуть желтоватый. А что это значит? Это значит, что в пучке солнечного света присутствует свет самых разных длин волн — от фиолетового (длина волны которого составляет примерно 400 нм) до красного (760 нм). Больше всего в солнечном свете зеленого и желтого света, но, сливаясь и перемешиваясь с фиолетовым, синим, оранжевым и красным, он становится белым.
Но что происходит со светом, когда он проходит через земную атмосферу? Он сталкивается с беспорядочно летающими тут и там молекулами воздуха! Молекулы эти очень маленькие, но и длина волны видимого света такая же маленькая. Следовательно, часть света будет рассеяна в разные стороны и не дойдет до наших глаз. А может быть, и дойдет, но переотразившись от какой-нибудь другой молекулы.
Когда Солнце на закате, свет от него проходит через большую толщу атмосферы, чем днем, когда наше дневное светило находится вблизи зенита. Молекулы атмосферы поглощают и рассеивают синий свет гораздо лучше, чем красный, поэтому солнечный свет теряет коротковолновую составляющую и доходит до нас красноватым и сильно ослабленным.
Встает вопрос: одинаково ли рассеивается свет разных длин волн? Оказывается, нет, не одинаково. Чем короче длина волны, тем труднее избежать свету столкновения со встретившейся на его пути молекулой. Это и понятно — длинноволновому свету легче обогнуть препятствие, чем коротковолновому.
Следовательно, голубой и фиолетовый свет, идущий от Солнца будет лучше рассеиваться в небе, чем оранжевый и красный.
А теперь взгляните днем на небо. Какого оно цвета? Конечно, голубого, если только не затянуто облаками. А Солнце какого цвета? Скорее всего, желтое! Почему? Потому что ему не хватает того самого голубого и синего света, который был отнят и рассеян атмосферой Земли, чтобы быть белым!
Кстати, вот тут вы можете почитать, почему небо голубое. Но, я думаю, все уже ясно, верно?
Что же происходит на закате Солнца? А происходит очень интересная вещь: свет звезды проходит через бо́льшую толщу атмосферы, чем днем. Согласны? Значит, солнечный свет потеряет еще больше коротковолнового света, пока дойдет до нас! Доходит до того, что даже желтый и зеленый свет Солнца, рассеивающийся хуже, чем синий, также рассеивается в достаточных количествах, окрашивая небо в самые разные оттенки. В итоге непосредственно от Солнца доходит до нас только самый длинноволновый красный свет! И сама наша дневная звезда на закате бывает совсем не яркая. Еще бы — ведь большая часть его света была отобрана атмосферой!
Красоту закатов создают необычные краски и оттенки, которых не бывает на небе днем. Фото: Виталий Копа
Вот почему при закате Солнце красное!
Но подождите, скажете вы. Почему же тогда один закат отличается от другого? Почему заходящее Солнце бывает ярко оранжевым и даже желтым?
Это зависит от состояния атмосферы у горизонта в конкретный вечер. Взвешенные в воздухе мелкие частички усиливают эффект. Например, в степи закаты летом часто очень красивые из-за мелкой пыли в воздухе. Пыль легко отбирает у Солнца почти весь свет, так как ее частички гораздо крупнее, чем молекулы воздуха. Если посмотреть на Солнце сквозь пыль или дым пожара, оно всегда будет красным. (Самая крупная, обычная пыль, как и водяной пар, будет рассеивать весь свет Солнца равномерно.) У моря роль пыли часто играют частички соли, которые создают эффект Тиндаля.
Кстати, рассеяние света на крупных частицах — эффект Тиндаля — вы можете легко увидеть дома. Возьмите стакан, налейте воды и растворите в нем немного обычного мыла. Затем пропустите через стакан свет белого фонарика. На выходе он будет уже желтоватым!
Почему Солнце красного цвета на закате?
Сам по себе вопрос типа “какого цвета Солнце” не вызывает сложностей – Солнце желтое или даже почти белое. С таким ответом справится даже ребенок. Однако, думаю не раз каждый из нас наблюдал и другие оттенки цветов у Солнца – розоватые, оранжевые или даже красные.
Почему же привычное желтое Солнце на закате выглядит красным? Понятное дело, что цвет самого Солнца никак не меняется, ответ надо искать в искажениях которые возникают где-то “по пути”. Самый простой ответ на вопрос заключается в том, что свет от Солнца преломляется частицами в атмосфере и все, что мы видим – это красный конец светового спектра. Чтобы лучше это понять, вы должны иметь представление о том, как свет ведет себя в воздухе, а точнее – в атмосфере нашей планеты.
Солнце в полдень и Солнце на закате мы наблюдаем будто бы с разных планет! На самом деле, дело не в планете, а в угле под которым ведется наблюдение.
Из чего состоит атмосфера Земли и как она влияет на свет
Атмосфера Земли – это один из основных факторов в определении цвета окрашивания заката. В основном атмосфера состоит из различных газов с добавлением других частиц и молекул. Это сказывается на том, что можно увидеть в каждом направлении, поскольку атмосфера полностью окружает Землю.
Наиболее распространенными газами в атмосфере Земли считаются азот (78%) и кислород (21%). Ещё один процент, который остается, состоит из прочих газов, таких как аргон, и водяного пара, а также большего количества мелких твердых элементов частиц, таких как пыль, сажа и пепел, пыльца, и испаряющаяся соль из океанов.
Но и это ещё не всё: атмосфера планеты, над разными участками суши может иметь разный состав, в ней может быть меньше или больше воды, пыли и т.п. Вулканы могут выкидывать много частиц пыли высоко в атмосферу, по своему загрязнять её могут разнообразные промышленные газы, продукты сгорания, пыль, сажа.
Как легко заметить из этого описания – атмосфера сама по себе, даже если кажется абсолютно прозрачной, на самом деле таковой не является. В её состав входит множество веществ которые могут искажать наблюдаемую картину, особенности на большом расстоянии.
Что такое “видимый свет”?
Теперь давайте посмотрим на световые волны и цвет света. Мы привыкли воспринимать свет лишь как мерило освещения, лишенный какой-бы то ни было физической составляющей. Но свет – в первую очередь это энергия, которая распространяется или даже “путешествует” в волнах. С точки зрения физики, свет – это волна из вибрирующих электрических и магнитных полей, которая считается частью электромагнитного диапазона. Электромагнитные волны перемещаются сквозь пространство со скоростью света (299,792 км/сек). Энергия испускания зависит от длины волн и частоты.
Длина волны – это промежуток между вершинами двух соседних волн. Частота волны – это число волн, которые успевают “накатить” за секунду. Чем больше длина волны света, тем ниже её частота, и меньше энергии она содержит.
Спектр видимого цвета разложенный по цветам
Видимый свет – это часть электромагнитного диапазона, который мы видим (большая часть электромагнитного диапазона для нас невидима). Свет от лампочки либо от Солнца может выглядеть белым, однако, на самом деле это комбинация многих цветов. Все видели радугу? Это все тот же привычный нам белый свет, только разложенный на составные части естественной призмой – капельками дождя.
Порядок цветов в радуге не случаен – цвета спектра “выстраиваются” согласно длине своей волны, частоты и энергии. Самый последний цвет в радуге – фиолетовый, имеет самую короткую длину волны, а значит именно у него самая большая частота и самая высокая энергия рассеивания. Наоборот, первый цвет радуги – красный, обладает самыми длинными волнами и самой низкой частотой и энергией рассеивания.
Рэлеевское рассеяние и ответ на вопрос – почему Солнце на закате красного цвета
А теперь соединим все эти знания вместе и посмотрим, что происходит со светом в атмосфере нашей планеты.
В первую очередь это, зависит от длины волны света и размера частиц в составе воздуха. Частицы пыли и водные капельки намного большего размера, чем длина волны видимого света, поэтому свет отражается от них в разных направлениях. Это все ещё тот же самый белый свет, отраженный целиком. Иначе дело обстоит, когда свет встречается с самыми мелкими частицами или молекулами газов. Эти элементы часто бывают меньше, чем длина волны видимого света и когда свет натыкается на них, то и действует он по-разному.
В полдень мы смотрим на Солнце через максимально тонкий слой атмосферы, а вот под вечер, свет вынужден пройти будто бы через огромную линзу по пути к нам
Часть света может быть поглощена молекулой, чтобы вернутся уже в виде излучения – но точно того же цвета, что был поглощен. Дело лишь в том, что различные цвета света ведут себя при этом по-разному. Более высокие частоты (голубые) поглощаются чаще, чем более низкие частоты (красные). Этот процесс носит название рассеяния Рэлея.
Итак, ответ на вопрос “Почему солнце на закате красное?” следующий: на закате (и на рассвете), свет от Солнца должен проделать более длинный путь через атмосферу к наблюдателю, поэтому чем дальше он движется, тем больше отражается и рассеивается по пути. Соответственно, страдает от этого в первую очередь “голубая” часть спектра – из белого света пропадают коротковолновые оттенки (фиолетового, голубого и зеленого), зато длинноволновые (красные и оранжевые) остаются хорошо заметны. Цвет Солнца, таким образом, кажется нам красным.
Аналогичным образом цвет света Солнца может поменять, к примеру, лесной пожар – в воздух поднимаются большие тучи мелкой сажи, из-за чего Солнце сквозь дым также выглядит красным.
Почему Солнце красное
Для того чтобы соединить это все вместе, мы должны смотреть на действие света в воздухе нашей планеты. То, что происходит со светом, зависит от длины волны света и величины частиц. Частицы пыли и водные капельки намного большего размера, чем длина волны видимого света, поэтому она отскакивает в разных направлениях. Свет, который отражается, кажется белым, потому что он по-прежнему содержит все те же цвета, но молекулы газа меньше, чем длина волны видимого света. Когда свет натыкается на них, то он действует по-разному. После того как в свет попадает молекула газа, часть его может быть поглощена. Позже, молекула излучает свет в разном направлении. Цвет, который излучен, является тем же самым, что был поглощен. Различные цвета света влияют по-разному. Все цвета могут быть поглощены, но более высокие частоты (голубые) поглощены чаще, чем более низкие частоты (красные). Этот процесс называется рассеянием Рэлея.
Итак, ответ на вопрос «Почему Солнце красное?» следующий: на закате свет должен путешествовать дальше через атмосферу, прежде чем он доберется к вам, поэтому он больше всего отражается и рассеивается, и Солнце появляется из затемнения. Цвет Солнца меняется от оранжевого к красному, потому, что имеется больше волн синего и зеленого теперь рассеяны и только длинные волны (оранжевые и красные) остаются замеченными.
Почему в полдень Солнце белое, а во время восхода и захода солнца красное?
Солнце часто выглядит красным, особенно когда оно встает или садится, потому что именно тогда солнечный свет должен проходить через большую часть атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя.
Странно, как солнце, которое обычно изображается желтым в школьных учебниках, принимает так много других цветов всего за 24 часа.
Когда оно поднимается над горизонтом, оно обычно имеет красный оттенок. Когда оно поднимается выше по небу, оно теряет эту красноту и становится все более ярким, в конце концов, кажется ослепительно белым в полдень. Конечно, днем солнечный свет настолько яркий, что нельзя (и не следует) смотреть на солнце напрямую, но если наблюдать его через защитные очки, то оно будет казаться белым. Затем, когда оно заходит, оно приобретает красноватый оттенок.
В этой статье мы обсудим, почему солнце кажется красноватым во время заката и восхода солнца, но белым в полдень.
Солнечный свет и атмосфера Земли
Большинство космических объектов сгорают при входе в атмосферу нашей планеты.
Помимо обеспечения этих важнейших ресурсов, которые обеспечивают выживание всех форм жизни на Земле, атмосфера также вызывает некоторые интересные явления, такие как течение ветра, синий цвет неба и различные цвета солнца в разное время суток.
Почему во время восхода солнца солнце кажется красным?
Солнечный свет, как известно, представляет собой комбинацию различных форм электромагнитного излучения. Вам знаком термин «электромагнитное излучение»?
Определенно должен, потому что именно благодаря специфическому типу электромагнитного излучения (видимому свету) вы даже можете прочитать эту статью!
Как упоминалось ранее, солнечный свет состоит из электромагнитного излучения. Хотя Солнце испускает ВСЕ виды электромагнитного излучения, большая часть солнечного света состоит из видимого света, ультрафиолетовых лучей и инфракрасных лучей (тепла).
Вы можете вспомнить, как читали в школьном классе по естествознанию, что солнечный свет чисто белый, потому что он представляет собой комбинацию всех семи цветов радуги, каждая из которых имеет разную длину волны.
Когда солнечный свет (состоящий из цветов с разной длиной волны) достигает нашей планеты и попадает в атмосферу, частицы, присутствующие в последней, имеют тенденцию рассеивать свет с более короткой длиной волны (а именно, синий и фиолетовый), пропуская при этом цвета с более длинной длиной волны (например, красный, желтый и оранжевый).
Поскольку волны более красной длины от небесных тел (таких, как солнце или луна) проникают в слои нашей атмосферы лучше, чем другие цвета, солнце выглядит красным, если смотреть вблизи горизонта.
Обратите внимание на красноватый оттенок восходящего солнца.
И почему солнце выглядит особенно красным, когда оно заходит или восходит?
Потому что во время заката или восхода солнца солнечный свет должен пройти через максимальное количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя. Из-за этого солнечный свет рассеивает больше синего света, из-за чего солнце становится более красным, когда оно встает или садится.
Фактически, естественное явление, известное как Рэлеевское рассеяние (названное в честь британского физика лорда Рэлея), диктует, что более короткие длины волн (синий) света рассеиваются легче, чем более длинные (красные).
Почему в полдень солнце кажется белым?
Тот же принцип применим и в этом случае. Когда Солнце находится прямо над головой, оно должно пройти через наименьшее количество атмосферы, чтобы достичь глаз наблюдателя на поверхности Земли. Это означает, что у него нет возможности столкнуться с таким количеством составляющих частиц атмосферы.
Когда солнце находится прямо над головой, оно приобретает ярко-белый оттенок.
Благодаря этому все цвета солнечного света почти с одинаковой интенсивностью достигают глаз наблюдателя; сочетание всех этих длин волн придает солнцу ослепительно белый оттенок (который НЕ следует наблюдать невооруженным глазом).
В заключение следует отметить, что Солнце кажется красным, потому что красный свет проникает в атмосферу более эффективно, чем другие цвета, именно поэтому те небесные тела, которые видны с Земли, имеют красновато-оранжевый оттенок, в зависимости от времени суток и их места на небе!
Какого цвета Солнце?
Хотя солнце кажется желтым или оранжевым, на самом деле оно ослепительно белое. Из-за атмосферы Земли, Солнце выглядит желтым и меняет цвета на восходе и закате. Реальный цвет Солнца можно увидеть из космоса, потому что в космосе нет молекул, с которыми взаимодействовал бы свет.
Это, несомненно, основной источник энергии для жизни на Земле. Однако большинство людей не знает самого главного свойства Солнца; какого оно цвета?
Если вы попросите кучу людей сказать вам, какого цвета наше Солнце, то, скорее всего, они посмотрят на вас, как на дурака и скажут вам очевидный ответ: оно желтое.
Но так ли это на самом деле?
Почему Солнце выглядит желтым или оранжевым?
С нашей точки зрения, Солнце действительно выглядит желто-оранжевым, особенно вскоре после восхода и до захода солнца. Это происходит из-за атмосферы Земли.
Солнце излучает широкий диапазон частот света. В верхней части атмосферы Земли, солнечный свет состоит из почти 50% инфракрасного света, 40% видимого света, и 10% ультрафиолетового света. Атмосфера отфильтровывает более 70% солнечного ультрафиолета, особенно на самых коротких длинах волн.
Фотоны в нижнем конце спектра (желтый, оранжевый, красный) рассеиваются не так легко, в то время как более высокий конец спектра (фиолетовый, индиго и синий) с большей вероятностью рассеивается.
Также было замечено, что Солнце излучает больше фотонов в зеленом сегменте спектра, чем любой другой.
В полдень короткие волны (синий свет) ударяют по молекулам воздуха в верхних слоях атмосферы и многократно рассеиваются, прежде чем попасть в глаза. Этот эффект рассеяния также придает небу голубой цвет.
Ближе к горизонту солнце кажется оранжевым
Однако на восходе и закате солнце находится ближе к горизонту, а это означает, что свет проходит через большее количество атмосферных молекул. При увеличении атмосферы синие фотоны рассеиваются еще больше, оставляя только низкоэнергетический желтый, красный и оранжевый свет.
А когда в воздухе появляется пыль и дым, это усиливает эффект рассеяния, придавая Солнцу более красноватый вид.
Фактический цвет нашего солнца
Если вы посмотрите на Солнце с Луны или с Международной космической станции (МКС), вы увидите его истинный цвет. Поскольку в космосе нет атмосферы, свету не с чем взаимодействовать. Поэтому из космоса Солнце выглядит блестяще белым, с индексом цветового пространства CIE (0.3, 0.3).
Изображение Солнца, сделанное с МКС
Цвет также указывает на температуру звезды. Наше Солнце, например, имеет температуру поверхности около 5505°C и среднюю яркость около 1,88 гига Канделы на квадратный метр.
Более холодные звезды кажутся краснее других. Бетельгейзе, одна из самых ярких звезд на ночном небе, разбухла и остыла, превратившись в красного сверхгиганта. Ее температура колеблется от 3000°C до 3400°C.
Горячие звезды выглядят синими. Риггл, например, кажется невооруженным глазом одной сине-белой звездой, и она может достигать температуры выше 11 000°C.
Ложные цветные изображения
Если наше Солнце на самом деле белое и его видимые выходные пики зеленого цвета, то почему некоторые солнечные изображения являются голубыми, зелеными, оранжевыми или красными?
На самом деле, человеческие глаза могут обнаружить только небольшой сегмент электромагнитного спектра, и этот сегмент называется видимым светом. Ультрафиолетовые и инфракрасные лучи имеют меньшую и большую длину волны, чем видимый свет, соответственно.
Изображение Солнца, снятое в экстремальных ультрафиолетовых лучах
Астрономические приборы, такие как солнечная и Гелиосферная обсерватории, фиксируют данные Солнца в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах. Изображения, полученные из таких данных, должны быть окрашены так, чтобы наши глаза могли их видеть. Таким образом, ученые используют уникальные цвета (например, неоновый зеленый или ярко-красный), чтобы представить невидимые версии Солнца.
Чтобы сделать изображения более похожими на то, чего ожидают люди, ученые часто раскрашивают реальные изображения Солнца, снятые в видимом белом свете.
Солнце фиксируется в видимом белом свете, а затем кодируется цветом, чтобы оно выглядело оранжевым