Почему океан синий? Ответы не совпадают.
Сочетание синего неба, темного над головой, более светлого у горизонта, а также покрасневшего Солнца на восходе или закате, все это может быть объяснено научно, наряду с синим цветом океанов как самостоятельным явлением.
Почему небо голубое? Почему океан синий? Ответы не совпадают.
Небо голубое. Океаны голубые. Хотя наука может объяснить их оба, причины каждого из них совершенно разные.
Если вы когда-нибудь интересовались миром, в котором живете, то наверняка задавались вопросом, почему небо голубое. Неправильные ответы, которые люди часто дают в ответ, включают в себя:
этот солнечный свет имеет синий оттенок,
этот кислород сам по себе является газом синего цвета,
или что небо отражает океаны.
Хотя ни один из этих ответов не является правильным, эта последняя попытка поднимает связанный с этим вопрос, о котором люди часто задаются вопросом: почему океаны синие?
Как видно из космоса, планета Земля часто описывается как бледно—голубая точка, но только жидкие водоемы, в которых доминируют океаны Земли, кажутся голубыми. Континенты, облака и ледяные шапки вообще не кажутся синими; это океаны, а не атмосфера, которые придают нашей планете общий цвет. На протяжении тысячелетий человечеству приходилось просто принимать эти свойства нашего мира как факты. Но с достижениями современной науки мы понимаем, почему и небо, и океаны голубые.
Когда Солнце высоко над головой, небо в зените гораздо темнее синего, в то время как небо на горизонте светлее и ярче голубого. Это связано с большим количеством атмосферы и большим количеством рассеянного света, который виден на небе под низкими углами.
Вопреки тому, что вы, возможно, читали, нет ни одного фактора, ответственного за голубое небо Земли.
Небо не голубое, потому что солнечный свет имеет синий оттенок; наше Солнце излучает свет с разными длинами волн, и этот свет суммируется с чистым белым цветом.
Кислород сам по себе не является газом синего цвета, а скорее прозрачен для света.
Тем не менее, в нашей атмосфере есть множество молекул и более крупных частиц, которые играют определенную роль, рассеивая свет разных длин волн на разные количества. Океан не играет никакой роли в цвете неба, но чувствительность наших глаз абсолютно делает: мы не видим реальность такой, какая она есть, а скорее так, как наши чувства воспринимают ее, и наш мозг интерпретирует ее.
Эти три фактора — солнечный свет, рассеивающее воздействие земной атмосферы и реакция человеческого глаза — в совокупности придают небу его голубой вид.
Схематическая анимация непрерывного луча света, рассеиваемого призмой. Если бы у вас были ультрафиолетовые и инфракрасные глаза, вы могли бы видеть, что ультрафиолетовый свет изгибается даже больше, чем фиолетовый / синий свет, в то время как инфракрасный свет будет оставаться менее изогнутым, чем красный свет.
Когда мы пропускаем солнечный свет через призму, мы видим, как он распадается на отдельные компоненты. Свет с самой высокой энергией также является светом с самой короткой длиной волны (и высокой частотой), в то время как свет с более низкой энергией имеет более длинные волны (и низкие частоты), чем его высокоэнергетические аналоги. Причина, по которой свет вообще расщепляется, заключается в том, что длина волны является критическим свойством, которое определяет, как свет взаимодействует с веществом.
Большие отверстия в вашей микроволновой печи позволяют коротковолновому видимому свету входить и выходить, но сохраняют более длинноволновый микроволновый свет, отражая его. Тонкие покрытия на ваших солнцезащитных очках отражают ультрафиолетовый, фиолетовый и синий свет, но пропускают более длинноволновые зеленые, желтые, оранжевые и красные цвета. И крошечные, невидимые частицы, которые составляют нашу атмосферу — молекулы, такие как азот, кислород, вода, углекислый газ, а также атомы аргона — рассеивают свет всех длин волн, но предпочтительно более эффективны при рассеянии голубого, более коротковолнового света.
За этим стоит физическая причина: все молекулы, составляющие нашу атмосферу, меньше по размеру, чем различные длины волн света, которые может видеть человеческий глаз. Длины волн, которые ближе к размерам присутствующих молекул, будут рассеиваться более эффективно; количественно закон, которому он подчиняется, известен как рэлеевское рассеяние.
Фиолетовый свет на коротковолновом пределе того, что мы видим, рассеивается в девять раз чаще, чем красный, длинноволновый свет на другом конце нашего зрения. Вот почему во время восходов, закатов и лунных затмений красный свет все еще может эффективно проходить через атмосферу, но более синие длины волн света практически не существуют, будучи преимущественно рассеянными.
Поскольку более синие длины волн света легче рассеивать, любой входящий прямой солнечный свет будет становиться все краснее и краснее, чем больше атмосферы он проходит. Однако остальная часть неба будет освещена непрямым солнечным светом: светом, который попадает в атмосферу, а затем перенаправляется к вашим глазам. Подавляющее большинство этого света будет синим по длине волны, поэтому небо голубое в течение дня.
Он приобретет более красный оттенок только в том случае, если будет достаточно атмосферы, чтобы рассеять этот синий свет прежде, чем он достигнет ваших глаз. Если Солнце находится ниже горизонта, то весь свет должен проходить через большое количество атмосферы. Синий свет рассеивается во всех направлениях, в то время как красный свет гораздо реже рассеивается, а это означает, что он проходит более прямой путь к вашим глазам. Если вы когда-нибудь поднимались в самолет после захода солнца или до восхода солнца, вы можете получить захватывающий вид на этот эффект.
С очень больших высот в предрассветном или послепосадочном небе можно увидеть спектр цветов, вызванный многократным рассеянием солнечного света атмосферой. Прямой свет, близкий к горизонту, сильно краснеет, в то время как вдали от Солнца непрямой свет кажется только синим.
Это может объяснить, почему закаты, восходы и лунные затмения красные, но может заставить вас задуматься, почему небо кажется синим, а не фиолетовым. Действительно, на самом деле из атмосферы исходит большее количество фиолетового света, чем синий, но есть также смесь других цветов. Поскольку в ваших глазах есть три типа колбочек (для определения цвета), а также монохроматические палочки, именно сигналы от всех четырех должны интерпретироваться вашим мозгом, когда дело доходит до назначения цвета.
Каждый тип конуса, плюс стержни, чувствительны к свету разных длин волн, но все они в какой-то степени стимулируются небом. Наши глаза сильнее реагируют на синие, голубые и зеленые длины волн света, чем на фиолетовый. Несмотря на то, что фиолетового света больше, его недостаточно, чтобы преодолеть сильный синий сигнал, посылаемый нашим мозгом, и именно поэтому небо кажется нашим глазам голубым.
Первый взгляд человеческими глазами на Землю, поднимающуюся над конечностью Луны. Открытие Земли из космоса человеческими глазами остается одним из самых знаковых достижений в истории нашего вида. "Аполлон-8", произошедший в декабре 1968 года, был одним из важнейших предшественников успешной посадки на Луну, которая в июле этого года отметит свое 50-летие. Обратите внимание, что синий цвет Земли обусловлен океанами, а не атмосферой.
С другой стороны, океаны - это совершенно другая история. Если вы посмотрите на планету в целом, с таким видом, как тот, который вы получаете из космоса, вы заметите, что водоемы, которые мы имеем, не являются однородными синими, а скорее различаются по их оттенку в зависимости от глубины воды. Более глубокие воды - более темный синий; более мелкие воды - более светлый синий.
Вы заметите, если внимательно посмотрите на фотографию, подобную приведенной ниже, что водные регионы, граничащие с континентами (вдоль континентальных шельфов), имеют более светлый, более голубой оттенок синего, чем глубокие, темные глубины океана.
Океаны Земли могут казаться синими, но вдоль континентальных шельфов они кажутся более светлым оттенком синего, чем в самых глубоких частях океана. Это не артефакт того, как было построено изображение, а реальное явление, которое детализирует разницу между тем, что поглощается и отражается самим океаном на разных глубинах. (Кредит: NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring)
Если вам нужен более прямой набор доказательств того, что сами океаны кажутся синими, вы можете попробовать нырнуть под поверхность воды и записать то, что видите. Когда мы делаем это, фотографируя под водой при естественном освещении, то есть без каких—либо искусственных источников света, мы сразу видим, что все вокруг приобретает голубоватый оттенок.
Чем дальше мы спускаемся, когда достигаем глубин 30 метров, 100 метров, 200 метров и более, тем синее все кажется. Это имеет большой смысл, когда вы помните, что вода, как и атмосфера, также состоит из молекул конечного размера: меньше, чем длины волн любого света, который мы можем видеть. Но здесь, в глубинах океана, физика рассеяния немного отличается.
Если вы спуститесь в водоем и позволите своему окружению освещаться только естественным солнечным светом сверху, вы обнаружите, что все приобретает голубоватый оттенок, так как красный свет первым полностью поглощает свои длины волн. (Кредит: shanerkidwell / Pixabay)
Вместо рассеяния, которое является основной ролью атмосферы, когда свет проходит через нее, жидкость, подобная воде, в первую очередь поглощает (или не поглощает) свет. Вода, как и все молекулы, предпочитает длины волн, которые она может поглощать. Вместо того, чтобы иметь прямую зависимость от длины волны, вода может легче всего поглощать инфракрасный свет, ультрафиолетовый свет и красный видимый свет.
Это означает, что если вы опуститесь даже на скромную глубину, то не почувствуете сильного потепления от Солнца, будете защищены от ультрафиолетового излучения, и все начнет синеть, так как красный свет исчезнет. Опустите голову поглубже, и апельсины тоже исчезнут.
На более глубоких глубинах, когда море освещается естественным солнечным светом сверху, не только красные цвета, но и оранжевые и желтые начинают исчезать. Даже ниже зелень тоже будет поглощена, оставив только слабый синий свет.
Мимо этого желтые, зеленые и фиалки начинают исчезать. Когда мы спускаемся на глубину нескольких километров, наконец, синий свет также исчезает, хотя он последний, чтобы сделать это.
Вот почему самые глубокие океанские глубины кажутся глубокими, темно-синими: потому что все остальные длины волн поглощаются. Самый глубокий синий цвет, уникальный среди всех длин волн света в воде, имеет самую высокую вероятность отражения и повторного излучения обратно. Как бы то ни было, глобальное среднее альбедо (технический термин для отражения) нашей планеты составляет 0,30, что означает, что 30% падающего света отражается обратно в космос. Но если бы Земля была полностью глубоководным океаном, наше альбедо было бы всего 0,11. Океан на самом деле довольно хорошо поглощает солнечный свет!
Небо и океан вовсе не голубые из-за отражений; они оба синие, но каждый по своей воле. Если бы вы полностью забрали наши океаны, человек на поверхности все равно увидел бы голубое небо, и если бы вам удалось забрать наши небеса (но все же каким-то образом дал нам жидкую воду на поверхности), наша планета все равно казалась бы голубой издалека в космосе.
Для неба синий солнечный свет рассеивается легче и приходит к нам косвенно оттуда, где солнечный свет попадает в атмосферу в результате. Для океанов более длинноволновый видимый свет поглощается легче, поэтому чем глубже они уходят, тем темнее становится оставшийся свет. Синие атмосферы могут быть общими для планет, так как Уран и Нептун тоже обладают ими, но мы единственные, кого мы знаем с голубой поверхностью. Возможно, когда мы найдем другой мир с жидкой водой на его поверхности, мы обнаружим, что мы не так уж уникальны, в конце концов, и во многих отношениях, чем мы даже сейчас осознаем!
Присоединяйтесь — мы покажем вам много интересного
Присоединяйтесь к ОК, чтобы подписаться на группу и комментировать публикации.
Нет комментариев