Немецкий физик объяснил природу «синих сумерек» без романтики

Свет от солнца, садящегося за горизонт, особым образом взаимодействует с озоновым слоем, который поглощает желтые и оранжевые тона и пропускает синий. Это придает атмосфере особый оттенок. Это переход от красного цвета солнца к синеве ночи. Многие поэты воспевали в своих стихах этот час «синих сумерек». Ханс-Иоахим Шлихтинг, профессор и экс-преподаватель физики Мюнстерского университета, объясняет это явление не с точки зрения романтики. Полная версия его статьи вышла в пятом номере журнала Spectrum of Science.

Помимо романтических чувств, эта фаза захода Солнца очень необычна с точки зрения физики. В течение краткого периода, когда солнце находится примерно на 4-8 градусов ниже горизонта, наблюдатель может увидеть, что оттенок синего цвета неба отличается от небесно-голубого в течение дня. Тона кажутся нам похожими, но возникают они в результате совершенно разных процессов.

Когда солнечный свет попадает на молекулы воздуха в атмосфере, рэлеевское рассеяние отклоняет его во всех направлениях.  Это имеет важнейшее значение для жизни на Земле: солнечный свет падает не только от Солнца, но и отражается от любых предметов вокруг нас. Типичный небесно-голубой цвет неба при этом – как раз следствие отражения солнечных лучей от молекул воздуха, только в очень большом объеме. Причем, чем толще слой воздуха, тем более насыщенным становится цвет.

В момент заката солнца происходит другой процесс. Когда солнце находится на горизонте, путь его излучения через атмосферу до наблюдателя примерно в 35 раз длиннее, чем из зенита. Следовательно, при низком уровне света появляется больше коротковолновых компонентов, чем длинноволновых. Кроме того, все большее количество фотонов испытывает такой процесс рассеяния не один, а несколько раз. Более крупные частицы в воздухе рассеиваются и заставляют значительные области неба казаться красными за пределами солнечного диска.

Когда солнце находится за горизонтом, его лучи по-прежнему достигают высоких областей атмосферы. В принципе, теперь можно было ожидать, что зенит тоже потеряет синий цвет. Но зенит сохраняет свой насыщенный кобальтовый синий цвет. Это связано с увеличением количества молекул озона в нижних слоях стратосферы. Они поглощают желтый и оранжевый, и в значительной степени проницаемы для синего. Таким образом, озоновый слой действует как фильтр синего цвета, охватывающий все небо. 

Удивительно, что синий цвет в зените, который кажется таким естественным как днем, так и при переходе к ночи, обусловлен двумя совершенно разными физическими процессами. Может создаться впечатление, что цель природы – сохранять небо сине-голубым в любом случае.