Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 171. Цвет неба и зорь. Изменение спектрального состава
света, отраженного или рассеянного поверхностью тел, связано с наличием и з б и р а т е л ь н о г о поглощения и отражения, выражающегося в зависимости коэффициентов α и ρ от длины волны. В природе играет большую роль еще одно явление, веду- щее к изменению спектрального состава солнечного света. Свет, доходящий до наблюдателя от участков безоблачного небесно- го свода, далеких от Солнца, характеризуется довольно насы- щенным голубым или даже синим оттенком. Несомненно, что свет неба есть солнечный свет, р а с с е и в а е м ы й в т о л щ е воздушной атмосферы и поэтому доходящий до наблюдателя со всех сторон, даже по направлениям, далеким от направления на Солнце. Рис. 318 поясняет происхождение рассеянного света неба. Теоретическое исследование и опыты показали, что такое рас- сеяние происходит благодаря молекулярному строению воздуха; 404 Гл. XIX. Дисперсия света и цвета тел даже вполне свободный от пыли воздух рассеивает солнечный свет. Спектр рассеянного воздухом света заметно отличается от спектра прямого солнечного света: в солнечном свете максимум энергии приходится на желто-зеленую часть спектра, а в свете Рис. 318. Происхождение цвета неба (свет Солнца, рассеянный ат- мосферой). До поверхности Земли (например, точки A ) доходит как прямой свет Солнца, так и свет, рассеянный в толще атмосферы. Цвет этого рассеянного света и называется цветом неба неба максимум передвинут к голубой части. Причина лежит в том, что короткие световые волны рассеиваются значитель- но сильнее длинных. По расчетам английского физика Джона Стретта лорда Рэлея (1842–1919), подтвержденным измерения- ми, интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны, если рассеивающие частицы малы по сравнению с длиной волны света, следовательно, фио- летовые лучи рассеиваются почти в 9 раз сильнее красных. Поэтому желтоватый свет Солнца при рассеянии превращается в голубой цвет неба. Так обстоит дело при рассеянии в чистом воздухе (в горах, над океаном). Наличие в воздухе сравнительно крупных частичек пыли (в городах) добавляет к рассеянному голубому свету свет, отраженный частичками пыли, т. е. почти неизмененный свет Солнца. Благодаря этой примеси цвет неба становится в этих условиях более белесоватым. Преимущественное рассеяние коротких волн приводит к то- му, что доходящий до Земли прямой свет Солнца оказывает- ся более ж е л т ы м, чем при наблюдении с большой высоты. На пути через толщу воздуха свет Солнца частично рассеивается в стороны, причем сильнее рассеиваются короткие волны, так что достигший Земли свет становится относительно богаче из- лучением длинноволновой части спектра. Это явление особенно Гл. XIX. Дисперсия света и цвета тел 405
резко сказывается при восходе и закате Солнца (или Луны), когда прямой свет проходит значительно б´ ольшую толщу воз- духа (рис. 319). Благодаря этому Солнце и Луна на восходе Рис. 319. Объяснение красного цвета Луны и Солнца на восходе и за- кате:
S 1 — светило в зените — короткий путь в атмосфере ( AB ); S 2 — светило на горизонте — длинный путь в атмосфере ( CB ) (или закате) имеют медно-желтый, иногда даже красноватый оттенок. В тех случаях, когда в воздухе имеются очень мелкие (значительно меньшие длины волны) частички пыли или капель- ки влаги (туман), рассеяние, вызываемое ими, также идет по закону, близкому к закону Рэлея, т. е. по преимуществу рассеи- ваются короткие волны. В этих случаях восходящее и заходящее Солнце может быть совершенно красным. В красный же цвет окрашиваются и плавающие в атмосфере облака. Таково про- исхождение прекрасных розовых и красных оттенков утренней и вечерней зорь. Рис. 320. Рассеяние света мутной жидкостью: падающий свет — белый, рассеянный свет — синеватый, проходящий свет — красноватый Можно наблюдать описанное изменение цвета при рассеянии, если пропустить пучок света от фонаря через сосуд (рис. 320), наполненный мутной жидкостью, т. е. жидкостью, содержащей мелкие взвешенные частицы (например, водой с несколькими каплями молока). Свет, идущий в стороны (рассеянный), заметно синее, чем прямой свет фонаря. Если толща мутной жидкости
406 Гл. XIX. Дисперсия света и цвета тел довольно значительна, то свет, прошедший сквозь сосуд, теряет при рассеянии столь значительную часть коротковолновых лу- чей (синих и фиолетовых), что оказывается оранжевым и даже красным. В 1883 г. произошло сильнейшее извержение вулкана на ост- рове Кракатау, наполовину разрушившее остров и выбросившее в атмосферу огромное количество мельчайшей пыли. На протя- жении нескольких лет пыль эта, развеянная воздушными течени- ями на огромные расстояния, засоряла атмосферу, обусловливая интенсивные красные зори.
|