Wir begrüßen die Neugierigsten auf den Seiten unserer Website! Heute werden wir eine Frage ansprechen, die neugierige Köpfe (insbesondere Kinder) oft beunruhigt, aber nicht jeder findet eine Gelegenheit, sie herauszufinden Warum ist der Himmel blau weil die Luft eigentlich durchsichtig ist. Versuchen wir es kurz zu beantworten.

Was sagt Wikipedia?

Wenn wir etwas nicht wissen, finden wir die Antwort immer in Wikipedia. Schauen wir uns also dort um und sehen, was uns diese Ressource sagt.

In der Tat, hier ist ein Link zu dem relevanten Material.

Gut gesagt auf Wikipedia! Es stimmt, irgendwie ist es nicht sehr klar. Das einzige, was geklärt werden kann, ist die Tatsache, dass die Sonnenstrahlen unsere Atmosphäre erreichen, etwas mit ihnen passiert und wir einen blauen Himmel sehen. Nein, das wird nicht funktionieren, versuchen wir genauer und in einer verständlicheren Sprache zu verstehen, warum der Himmel blau ist.

Tatsächlich ist der Grund für alles so etwas wie " Lichtstreuung»!

Lichtstreuung

Die Sonne sendet also Strahlen aus, die haben weiße Farbe. Weiß umfasst, wie Sie wissen, alle Farben des für uns sichtbaren Spektrums. Beweis dafür - Regenbogen. Es entsteht dadurch, dass Sonnenlicht, das in Wassertropfen fällt, gebrochen wird und sich in verschiedene Farben auflöst. Aus einem ähnlichen Grund beobachten wir auch blauen Himmel.

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Tatsache ist, dass sich in der Luft viele Gasmoleküle befinden, die das Sonnenlicht streuen. Lichtteilchen fliegen hinein verschiedene Seiten, sodass die blaue Farbe des Himmels sowohl für Erdbewohner als auch für Astronauten von der ISS in Form eines blauen Heiligenscheins sichtbar ist. Aber warum ist es blau, denn es gibt mindestens sieben Farben im Spektrum, wie man so schön sagt: „Jeder Jäger will wissen, wo der Fasan sitzt!“.

Interessante Tatsache! Ein Mensch atmet pro Tag etwa 20 kg Luft ein. Wir erhalten dieses Volumen, indem wir täglich 22.000 Atemzüge machen.

Warum ist der Himmel blau?

Jede Farbe hat ihre eigene Wellenlänge. In der folgenden Abbildung sehen Sie, wie dieser Indikator variiert.

Violett streut zu stark, die Farben von Grün bis Rot hingegen streuen nicht sehr intensiv. Es stellt sich also heraus, dass blaue und blaue Partikel die goldene Mitte sind. Violett, obwohl es besser streut als Blau, nehmen wir aufgrund unserer Wahrnehmung nicht wahr: Bei gleicher Helligkeit wird Blau von unseren Augen viel besser wahrgenommen als sein Pendant.

Hier ist ein gutes Video zu diesem Thema, das uns geholfen hat, dieses Problem zu verstehen:

Fassen wir zusammen

1. Sonnenlicht wird in Wechselwirkung mit Luftmolekülen in verschiedene Farben gestreut.
2. Von allen Farben eignet sich Blau am besten zum Streuen.
3. Es stellt sich heraus, dass er tatsächlich den Luftraum erobert.

Natürlich sind die bereitgestellten Informationen ziemlich übertrieben und man sollte sich auf viele konzentrieren wissenschaftliche Fakten und Konzepte, aber es ist mehr oder weniger klar warum der himmel blau ist.

Es stellt sich heraus, dass nur sehr wenige Menschen die Antwort auf diese scheinbar "immer in der Luft hängende Frage" kennen. Kinder fragen oft danach, aber Erwachsene sind nicht bereit, eine Erklärung zu geben. Viele Leute denken, dass diese Frage eine aus einer Reihe von Fragen ist, die wir überhaupt nicht beantworten können, wie zum Beispiel „Wo ist das Ende des Universums“. Es gibt Leute, die glauben, dass dies die Farbe einer Mischung aus Stickstoff und Sauerstoff ist, wenn viele dieser Gase vorhanden sind und sie von der Sonne beleuchtet werden. Manche assoziieren die Farbe des Himmels mit der Lichtbrechung in den Schichten der Atmosphäre. Diejenigen, die in der Schule hervorragende Schüler waren, werden sagen, dass die Luft die blaue Farbe gemäß dem Rayleighschen Gesetz intensiver streut als alle anderen Farben des Spektrums, und oft nicht verstehen, was diese Streuung ist. Die Frage nach der Farbe des Himmels wurde übrigens erst im 20. Jahrhundert von Physikern gelöst. Deshalb sollten wir uns nicht besonders schämen.

Und obwohl dieses Problem nicht direkt mit der Temperatur zusammenhängt, versuchen wir es herauszufinden. Wir werden nicht sehr tief in die Physik eintauchen, aber wir werden uns an die grundlegenden Bestimmungen über Licht und Luft erinnern.

Sonnenlicht ist eine Mischung aus Strahlungen aller Farben des Regenbogens, d.h. elektromagnetische Wellen mit solchen Schwingungsfrequenzen, dass sie auf die menschliche Netzhaut einwirken können. Violett entspricht einer Wellenlänge von 380 nm, Rot - 720 nm. Die Netzhaut enthält Zapfen, die für die Farbwahrnehmung verantwortlich sind. Es gibt drei Arten von Kegeln: Blau (für hohe Frequenzen), Grün (für Mitten) und Rot (für niedrige Frequenzen). Die Empfindlichkeitsbereiche von Zapfen überschneiden sich, aber das Maximum fällt auf eine bestimmte Farbe.

Luftmoleküle im Normalzustand haben keine Ladung, sie sind neutral. Sie bestehen jedoch aus geladenen Teilchen - Elektronen und Kernen. Unter Einfluss elektrisches Feld die Kerne werden in die eine Richtung verschoben, die Elektronen in die andere, und man erhält mit seinem eigenen einen Dipol elektromagnetisches Feld. Tritt der Dipol in ein elektromagnetisches Wechselfeld ein, so beginnt er zu schwingen, das heißt, die positiven und negativen Ladungen verschieben sich hin und her und der Dipol selbst beginnt eine elektromagnetische Welle abzustrahlen. In unserem Fall bewirkt die elektromagnetische Welle des Sonnenlichts, dass Luftmoleküle strahlend werden Elektromagnetische Wellen Dipole. Darüber hinaus können die Richtungen der Untersuchung von Dipolen unterschiedlich sein. Gemäß dem Energieerhaltungssatz verliert eine Lichtwelle in ihrer ursprünglichen Richtung an Intensität. Dies ist der Hauptmechanismus der Lichtstreuung in der Luft. Richtiger ist es, nicht einmal von Streuung zu sprechen, sondern vom Leuchten von Luftmolekülen unter Lichteinwirkung. Wir schauen durch die Atmosphäre und sehen tatsächlich das Licht der Sonne und das Licht, das von den Molekülen in unserer Atmosphäre ausgestrahlt wird. Warum ist es nicht weiß, sondern blau?

Tatsache ist, dass die Intensität der Dipolstrahlung proportional zur vierten Potenz der Strahlungsfrequenz ist. Am intensivsten emittieren Dipole Wellen mit maximaler Frequenz und Energie, die dem blauen Licht entsprechen. Wellen aus rotem Licht interagieren weniger mit Luftmolekülen. Jene. Beim Durchgang durch die Atmosphäre ist es, als ob weiße Farbe entlang des Spektrums gefiltert wird. Luftmoleküle senden hauptsächlich blaues Licht aus, also Licht, das die blauen und grünen Zapfen der Netzhaut viel stärker anregt als die roten Zapfen.

John Tyndall unternahm 1865 als erster einen Schritt in Richtung einer korrekten Erklärung der Farbe des Himmels. Er entdeckte, dass, wenn Lichtstrahlen ein Medium passieren, in dem kleine Partikel von Verunreinigungen suspendiert sind, die blaue Farbe stärker gestreut wird als die rote . Als Ergebnis sehen wir die Färbung des durchgelassenen Lichts in einem Blaustich. Dies kann beobachtet werden, wenn man seitlich auf einen Lichtstrahl blickt, der durch leicht mit Milch getrübtes Wasser fällt. Wenn Sie nicht von der Seite, sondern in Richtung des Strahls schauen, erhält das Licht einen rötlichen Farbton, weil. die blaue Komponente wird gestreut.

Einige Jahre später untersuchte der britische Wissenschaftler Lord Rayleigh diesen Effekt genauer. Er zeigte, dass die Intensität der Lichtstreuung durch sehr kleine Teilchen umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Strahlungswellenlänge ist. Daraus folgte, dass blaues Licht 10 mal stärker streut als rotes.

Tyndall und Rayleigh dachten, dass die Bläue des Himmels auf das Vorhandensein kleiner Staub- und Wasserdampfpartikel in der Atmosphäre zurückzuführen sei. Später erkannten Wissenschaftler, dass wir, wenn dies wahr wäre, deutlich mehr Variationen in der Farbe des Himmels mit Änderungen der Luftfeuchtigkeit, des Nebels und der Luftverschmutzung beobachten würden, als wir es jetzt sehen. Das Problem wurde von Einstein gelöst, der 1911 eine Formel herleitete, die die Streuung von Licht durch Moleküle beschreibt. Die Formel bestätigte alle bisherigen Experimente. Es wurde bewiesen, dass nicht Staub und Dampf, sondern Luftmoleküle Licht streuen, da (wie oben erwähnt) das elektromagnetische Feld des Lichts elektrische Dipolmomente in Molekülen auslöst.

Warum ist der Himmel nicht lila, sondern blau? Schließlich sind violette Wellen kürzer als blaue. Der erste Grund ist, dass das Spektrum der Sonnenstrahlung nicht einheitlich ist. Es gibt weniger Lila. Außerdem werden violette Strahlen sogar am stärksten gestreut obere Schichten Atmosphäre. Der zweite Grund ist, dass unsere Zapfen für Violett weniger empfindlich sind als für Blau. Der dritte Grund ist, dass die blaue Farbe nicht nur die blauen Zapfen in der Netzhaut reizt, sondern auch leicht rote und grüne. Daher ist die Farbe des Himmels nicht blass, sondern sattblau, besonders wenn die Luft durchsichtig ist.

Die Farbe des Sonnenuntergangs erklärt sich auch durch die Streuung des Lichts durch Luftmoleküle. Nachdem der Strahl einen langen Weg von der Sonne tangential zur Erde zurückgelegt hat, verliert er alle Blautöne. Nur Gelb- und Rottöne erreichen das Auge. In Meeresnähe kann der Sonnenuntergang dank der Salzpartikel in der Luft, die für Tyndalls Streuung verantwortlich sind, sogar orange sein.

Beachten Sie, dass die Zusammensetzung der Atmosphäre, d.h. die Anwesenheit von Stickstoff und Sauerstoff, die Farbe des Himmels ist praktisch unabhängig. Wenn der Planet eine transparente Atmosphäre von ausreichender Dicke und Dichte hat, die von einer Leuchte beleuchtet wird, deren Spektrum weiß ist, wie das der Sonne, dann wird der Himmel dort blau sein.

Wie also ist zu erklären, dass die Bilder aus Raumfahrzeug die auf dem Mars gelandet sind, sagen, dass der Himmel dort rosa und rot ist? Das liegt daran, dass die Atmosphäre des Mars sehr dünn und mit Staub verschmutzt ist. Die Streuung des Sonnenlichts erfolgt nicht an Molekülen, sondern hauptsächlich an schwebenden Staubverunreinigungen. Viele Staubpartikel sind größer als die Lichtwellenlänge und bestehen aus Eisenoxid, das eine rote Farbe hat.

Jetzt wissen Sie, dass die Antwort auf die Frage „Warum ist der Himmel blau?“ nicht ganz einfach ist. Wir verstehen, aber was soll man den Kindern sagen? Es ist wahrscheinlich, dass unsere schöne Atmosphäre aus Luft besteht, die blau leuchtet, wenn die Sonne sie erwärmt. Denn Blau ist die stärkste aller Farben des Regenbogens.

Trotz wissenschaftlicher Fortschritt und freiem Zugang zu einer Vielzahl von Informationsquellen kann eine seltene Person die Frage, warum der Himmel blau ist, richtig beantworten.

Warum ist der Himmel tagsüber blau?

Weißes Licht – es strahlt nämlich von der Sonne ab – besteht aus sieben Teilen des Farbspektrums: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Der aus der Schule bekannte Abzählreim „Jeder Jäger will wissen, wo der Fasan sitzt“ bestimmt die Farben dieses Spektrums nur durch die Anfangsbuchstaben der einzelnen Wörter. Jede Farbe hat ihre eigene Lichtwellenlänge: die längste für Rot und die kürzeste für lila.

Der uns vertraute Himmel (Atmosphäre) besteht aus festen Mikropartikeln, winzigen Wassertröpfchen und Gasmolekülen. Im Laufe der Zeit gab es mehrere Missverständnisse, die versuchten zu erklären, warum der Himmel blau ist:

• die Atmosphäre, die aus den kleinsten Wasserpartikeln und Molekülen verschiedener Gase besteht, lässt die Strahlen des blauen Spektrums gut durch und lässt die Strahlen des roten Spektrums nicht die Erde berühren;
• kleine feste Partikel - zum Beispiel Staub - die in der Luft schweben, streuen blaue und violette Wellen am wenigsten und erreichen deshalb im Gegensatz zu anderen Farben des Spektrums die Erdoberfläche.

Diese Hypothesen wurden von vielen berühmten Wissenschaftlern unterstützt, aber die Studien des englischen Physikers John Rayleigh zeigten, dass nicht feste Partikel die Hauptursache für Lichtstreuung sind. Es sind die Gasmoleküle in der Atmosphäre, die das Licht in Farbbestandteile zerlegen. Ein weißer Sonnenstrahl, der mit einem Gasteilchen am Himmel kollidiert, streut (streut) in verschiedene Richtungen.

Beim Zusammenstoß mit einem Gasmolekül wird jede der sieben Farbkomponenten des weißen Lichts gestreut. In diesem Fall wird Licht mit längeren Wellenlängen (der rote Anteil des Spektrums, das auch Orange und Gelb enthält) schlechter gestreut als kurzwelliges Licht (der blaue Anteil des Spektrums). Aus diesem Grund bleiben nach der Streuung achtmal mehr blaue Spektralfarben in der Luft als rote.

Obwohl Violett die kürzeste Wellenlänge hat, erscheint der Himmel aufgrund der Mischung aus violetten und grünen Wellenlängen immer noch blau. Außerdem nehmen unsere Augen Blau besser wahr als Lila, bei gleicher Helligkeit von beiden. Diese Tatsachen bestimmen das Farbschema des Himmels: Die Atmosphäre ist buchstäblich mit blau-blauen Strahlen gefüllt.

Warum ist der Sonnenuntergang dann rot?

Allerdings ist der Himmel nicht immer blau. Da stellt sich natürlich die Frage: Wenn wir den ganzen Tag blauen Himmel sehen, warum ist dann der Sonnenuntergang rot? Oben haben wir festgestellt, dass Rot am wenigsten von Gasmolekülen gestreut wird. Während des Sonnenuntergangs nähert sich die Sonne dem Horizont und der Sonnenstrahl wird nicht senkrecht wie tagsüber, sondern schräg auf die Erdoberfläche gerichtet.

Daher ist der Weg, den es durch die Atmosphäre nimmt, lang Darüber hinaus dass es tagsüber vergeht, wenn die Sonne hoch steht. Aus diesem Grund wird das blau-blaue Spektrum in einer dicken Schicht der Atmosphäre absorbiert und erreicht die Erde nicht. Und längere Lichtwellen des rot-gelben Spektrums erreichen die Erdoberfläche und färben den Himmel und die Wolken in den für den Sonnenuntergang charakteristischen roten und gelben Farben.

Warum sind Wolken weiß?

Kommen wir zum Thema Wolken. Warum gibt es weiße Wolken am blauen Himmel? Erinnern wir uns zunächst daran, wie sie gebildet werden. Feuchte Luft, die unsichtbaren Dampf enthält, erwärmt sich nahe der Erdoberfläche, steigt auf und dehnt sich aus, weil der Luftdruck an der Spitze geringer ist. Bei der Ausdehnung kühlt sich die Luft ab. Ab einer bestimmten Temperatur kondensiert Wasserdampf um atmosphärischen Staub und andere Schwebstoffe, wodurch winzige Wassertröpfchen entstehen, deren Verschmelzung eine Wolke bildet.

Trotz ihrer relativ geringen Größe sind Wasserpartikel viel größer als Gasmoleküle. Und wenn die Sonnenstrahlen beim Auftreffen auf Luftmoleküle gestreut werden, wird das Licht von ihnen reflektiert, wenn sie auf Wassertropfen treffen. Gleichzeitig verändert der zunächst weiße Sonnenstrahl seine Farbe nicht und „malt“ gleichzeitig die Wolkenmoleküle weiß an.

Eines der Markenzeichen eines Menschen ist Neugier. Wahrscheinlich hat jeder als Kind in den Himmel geschaut und sich gefragt: „Warum ist der Himmel blau?“. Wie sich herausstellt, erfordern die Antworten auf solche scheinbar einfachen Fragen einige Kenntnisse auf dem Gebiet der Physik, und daher werden nicht alle Eltern dem Kind den Grund für dieses Phänomen richtig erklären können.

Prüfen diese Frage mit wissenschaftlicher Punkt Vision.

Der Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung umfasst nahezu das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Strahlung, das auch für den Menschen sichtbare Strahlung umfasst. Das folgende Bild zeigt die Abhängigkeit der Intensität der Sonnenstrahlung von der Wellenlänge dieser Strahlung.

Wenn man dieses Bild analysiert, kann man feststellen, dass sichtbare Strahlung auch durch ungleichmäßige Intensität für Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen dargestellt wird. Einen relativ kleinen Beitrag zur sichtbaren Strahlung leistet also die violette Farbe und der größte - blaue und grüne Farben.

Warum ist der Himmel blau?

Zu dieser Frage werden wir zunächst dadurch geführt, dass Luft ein farbloses Gas ist und kein blaues Licht abgeben sollte. Es ist offensichtlich, dass die Ursache dieser Strahlung unser Stern ist.

Wie Sie wissen, ist weißes Licht eigentlich eine Kombination aus Strahlung aller Farben des sichtbaren Spektrums. Mit einem Prisma können Sie Licht explizit in den gesamten Farbbereich zerlegen. Ein ähnlicher Effekt tritt am Himmel nach Regen auf und bildet einen Regenbogen. Wenn Sonnenlicht in die Erdatmosphäre eintritt, beginnt es zu streuen, d.h. Strahlung ändert ihre Richtung. Die Besonderheit der Luftzusammensetzung besteht jedoch darin, dass kurzwellige Strahlung bei Lichteinfall stärker gestreut wird als langwellige Strahlung. Unter Berücksichtigung des zuvor gezeigten Spektrums ist also ersichtlich, dass rotes und orangefarbenes Licht seine Flugbahn beim Durchgang durch die Luft praktisch nicht ändert, während violette und blaue Strahlung ihre Richtung merklich ändern. Aus diesem Grund erscheint in der Luft eine Art „wanderndes“ kurzwelliges Licht, das in diesem Medium ständig gestreut wird. Als Folge des beschriebenen Phänomens scheint an jedem Punkt des Himmels kurzwellige Strahlung des sichtbaren Spektrums (violett, blau, blau) emittiert zu werden.

Die bekannte Tatsache der Strahlungswahrnehmung ist, dass das menschliche Auge Strahlung nur einfangen, sehen kann, wenn sie direkt auf das Auge trifft. Wenn Sie dann zum Himmel schauen, werden Sie höchstwahrscheinlich Schattierungen dieser sichtbaren Strahlung sehen, deren Wellenlänge am kleinsten ist, da diese am besten in der Luft gestreut wird.

Warum sehen Sie keine deutlich rote Farbe, wenn Sie in die Sonne schauen? Erstens ist es unwahrscheinlich, dass eine Person die Sonne sorgfältig untersuchen kann, da intensive Strahlung das Sehorgan schädigen kann. Zweitens erreicht trotz der Existenz eines solchen Phänomens wie der Lichtstreuung in der Luft der größte Teil des von der Sonne emittierten Lichts die Erdoberfläche, ohne gestreut zu werden. Daher werden alle Farben des sichtbaren Strahlungsspektrums kombiniert, wodurch Licht mit einer ausgeprägteren weißen Farbe entsteht.

Kehren wir zu dem von der Luft gestreuten Licht zurück, dessen Farbe, wie wir bereits festgestellt haben, die kleinste Wellenlänge haben sollte. Von der sichtbaren Strahlung hat Violett die kürzeste Wellenlänge, gefolgt von Blau und Blau hat eine etwas längere Wellenlänge. Unter Berücksichtigung der ungleichmäßigen Intensität der Sonnenstrahlung wird deutlich, dass der Beitrag der violetten Farbe vernachlässigbar ist. Daher ist der größte Beitrag zur von der Luft gestreuten Strahlung Blau, gefolgt von Blau.

Warum ist der Sonnenuntergang rot?

Wenn sich die Sonne hinter dem Horizont versteckt, können wir die gleiche langwellige Strahlung von rot-oranger Farbe beobachten. In diesem Fall muss das Licht der Sonne eine merklich größere Strecke in der Erdatmosphäre zurücklegen, bevor es das Auge des Beobachters erreicht. An der Stelle, an der die Sonnenstrahlung mit der Atmosphäre zu interagieren beginnt, sind blaue und blaue Farben am stärksten ausgeprägt. Mit zunehmender Entfernung verliert die kurzwellige Strahlung jedoch an Intensität, da sie auf dem Weg stark gestreut wird. Während langwellige Strahlung eine hervorragende Arbeit leistet, um solche zu überwinden lange Distanzen. Deshalb ist die Sonne bei Sonnenuntergang rot.

Wie bereits erwähnt, wird langwellige Strahlung in der Luft zwar schwach gestreut, aber immer noch gestreut. Daher sendet die Sonne am Horizont Licht aus, von dem nur die Strahlung in rot-orangen Farbtönen den Beobachter erreicht, die einige Zeit hat, sich in der Atmosphäre aufzulösen und das zuvor erwähnte "Streulicht" zu bilden. Letztere malt den Himmel in bunten Rot- und Orangetönen.

Warum sind Wolken weiß?

Apropos Wolken: Wir wissen, dass sie aus mikroskopisch kleinen Flüssigkeitströpfchen bestehen, die sichtbares Licht nahezu gleichmäßig streuen, unabhängig von der Wellenlänge der Strahlung. Dann wird das vom Tropfen in alle Richtungen gerichtete Streulicht wieder an anderen Tropfen gestreut. In diesem Fall bleibt die Kombination der Strahlung aller Wellenlängen erhalten und die Wolken "leuchten" (reflektieren) in Weiß.

Bei bewölktem Wetter gelangt die Sonnenstrahlung nur in unbedeutendem Umfang auf die Erdoberfläche. Bei großen oder vielen Wolken wird ein Teil des Sonnenlichts absorbiert, sodass der Himmel dunkler wird und eine graue Farbe annimmt.