Диффузное излучение неба (:nssr[uky n[lrcyuny uyQg)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Спектр диффузного излучения голубого неба. В спектре видны фраунгоферовы спектральные линии солнечного излучения и полосы поглощения воды.

Диффу́зное излуче́ние не́ба — солнечное излучение, достигающее земной поверхности после того, как оно было рассеяно на молекулах или твёрдых частицах в атмосфере. Из всего излучения Солнца, рассеивающегося в атмосфере, около двух третей в конечном счёте достигает Земли как диффузное излучение (если Солнце находится высоко над горизонтом, рассеивается не менее 25 % падающего излучения).

Основные механизмы рассеяния света в атмосфере (рассеяние Рэлея, рассеяние Ми) являются упругими, то есть при этом происходит смена направления излучения без изменения длины волны.

Почему небо голубое

[править | править код]

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Интенсивность рассеяния Рэлея, обусловленного флуктуациями количества молекул газов воздуха в объёмах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально , где  — длина волны, то есть фиолетовый участок видимого спектра рассеивается приблизительно в 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет (но не фиолетовый, так как интенсивность излучения в солнечном спектре неравномерна и интенсивность в фиолетовом участке спектра в нём меньше, а также вследствие меньшей чувствительности глаза к фиолетовому цвету и большей к синему, который раздражает не только чувствительные к синему цвету колбочки в сетчатке, но и колбочки, чувствительные к красным и зелёным лучам).

Во время заката и рассвета прямой солнечный свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого бо́льшая часть синего и даже зелёного света рассеивается в стороны из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта, окрашиваются в красные тона.

При другом составе атмосферы, например, на других планетах, цвет неба, в том числе и при закате светила, может быть другим. Например, цвет неба на Марсе красновато-розовый[1].

Рассеяние и поглощение — главные причины ослабления интенсивности света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния пропорционален . При бо́льших отношениях размера рассеивающих частиц к длине волны закон рассеивания изменяется согласно уравнению Гюстава Ми; когда же это отношение больше 10, с достаточной для практики точностью применимы законы геометрической оптики.

Под облачным небом

[править | править код]

При пасмурной погоде бо́льшая часть прямого солнечного света до земли не доходит. То, что доходит, преломляют водяные капли, взвешенные в воздухе. Капель много, и каждая имеет свою форму и, следовательно, преломляет по-своему. То есть облака рассеивают свет от неба, и в результате до земли доходит белый свет. Если облака имеют большие размеры, то часть света поглощается, и цвет неба серый.

Излучение при рассеянии не очень меняется по спектральному составу: капли воды в облаках крупнее длины волны, поэтому весь видимый спектр (от красного до фиолетового) рассеивается примерно одинаково. По интенсивности излучение меняется (оценочно) от 1/6 интенсивности прямого солнечного света для относительно тонких облаков до 1/1000 для наиболее толстых грозовых облаков.

Реперные точки

[править | править код]

Так как при релеевском рассеянии рассеянный свет полностью или частично поляризован (в зависимости от угла рассеяния), на небесной полусфере существуют четыре точки, излучение из которых неполяризовано.

  • Точка Араго (А), названная в честь открывателя, при отсутствии дымки и тумана расположена на 20° выше противосолнечной точки, а в туманном воздухе расположена выше. Поэтому по её положению определяют степень затуманенности атмосферы.
  • Точка Бабинэ (Ba), открыта Бабинэ в 1840 г., расположена на 15°—20° выше Cолнца, но её трудно наблюдать из-за близости солнечного диска.
  • Точка Брюстера (Br), открыта Брюстером в 1840 г., расположена на 15°—20° ниже Cолнца, но её трудно наблюдать из-за близости солнечного диска.
  • Четвёртая точка (IV), открыта при наблюдении с высотных самолётов. Располагается на 20° ниже противосолнечной точки.

Фотографии

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. Kathy Miles. The Martian Sky: Stargazing from the Red Planet (англ.). StarrySkies. Дата обращения: 24 октября 2012. Архивировано 3 ноября 2012 года.