Диффузное излучение неба

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?

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 объемах, соизмеримых с длинами волн света, пропорционально 1/λ4, λ - длина волны, т. е. 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 солнечный спектр неравномерный и интенсивность фиолетового цвета 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 чувствительные к красным и зеленым лучам).

Во время заката и рассвета 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 из прямого солнечного света, поэтому прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта окрашиваются в красные тона.

Вероятно, 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 1/λ4. При бо́льших значениях отношения 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

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, искажает 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 получается серый цвет неба.

Излучение при рассеянии не очень меняется по спектральному составу: капли 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

На небесной сфере существуют четыре точки, излучение из которых неполяризовано.

  • Точка Араго (А), названная в честь открывателя, это точка, которая в воздухе без 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

См. также

Примечания

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

Ссылки