Почему небо голубое?

Объяснение

Первым, кто создал математически обоснованный ответ молекулярного рассеяния света, оказался британский исследователь Рэлей. Он выдвинул предположение, что свет рассеивается не из-за примесей, которыми обладает атмосфера, а из-за самих молекул воздуха. Его теория получила развитие – и вот к каким выводам пришли учёные.

Солнечные лучи пробиваются на Землю через её атмосферу (толстый слой воздуха), так называемую воздушную оболочку планеты. Темное небо полностью наполнено воздухом, который несмотря на то, что полностью прозрачен, пустотой не является, а состоит из молекул газа – азота (78%) и кислорода (21%), а также водяных капель, пара, ледяных кристаллов и небольших кусочков твёрдого материала (например, частичек пыли, сажи, пепла, океанской соли и т.п.).

Некоторым лучам удаётся свободно пройти между газовыми молекулами, полностью минуя их, а потому без изменений достигнуть поверхности нашей планеты, но большинство лучей сталкиваются с газовыми молекулами, которые приходят в возбуждённое состояние, получают энергию и выпускают в различные стороны разноцветные лучи, полностью окрашивая небо, в результате чего мы видим солнечное голубое небо.

Белый свет сам по себе состоит из всех цветов радуги, которую нередко можно увидеть, когда он раскладывается на составные части. Так получилось, что молекулы воздуха больше всего рассеивают синий и фиолетовый цвета, поскольку они являются наиболее короткой частью спектра, поскольку имеют наименьшую длину волны.

Поскольку атмосфера нашей планеты не однородна, а довольно разная (возле поверхности Земли более плотная, чем наверху), она имеет разную структуру и свойства, мы можем наблюдать переливы голубого цвета. Перед закатом или восходом, когда длина солнечных лучей значительно увеличивается, синие и фиолетовые цвета рассеиваются в атмосфере и до поверхности нашей планеты абсолютно не доходят. Успешно добираются жёлто-красные волны, которые мы и наблюдаем на небосводе в этот период времени.

В ночное время, когда солнечные лучи, попадая на определённую сторону планеты не имеют никакой возможности, атмосфера там становится прозрачной, и мы видим «чёрный» космос. Именно таким его видят астронавты, находящиеся над атмосферой. Стоит заметить, что космонавтам повезло, ведь, когда они находятся свыше 15 км над поверхностью земли, днём они могут одновременно наблюдать за Солнцем и звёздами.

Небо – это атмосфера

Стоит заметить, что видим мы не совсем небо, а голубую атмосферу, именно ее и окрашивают солнечные лучи в этот цвет.

Что называется атмосферой? Если избегать научных понятий и сложного языка, то можно сказать, что она окружает нашу планету и представляется в виде смеси газов и других частиц, которые содержатся в воздухе. По большей части она состоит из азота и из кислорода, причем доля последнего лишь 21%. Некоторые “добавки” в нее могут попадать и из океанов, например, соль, но ее концентрация слишком мала, чтобы мы ее чувствовали. Также состав атмосферы может меняться в зависимости от погоды, к примеру, когда сильный ветер и ливни, количество воды в ней увеличивается, а когда засуха – уменьшается.

Помимо соли в атмосфере встречается пыль, сажа и даже пепел, которые ежегодно тоннами выбрасывают из себя вулканы со всего мира! Стоит только представить, сколько плохого в воздух могут выпустить заводы и фабрики, но это еще небольшая проблема, так как атмосфера может восстановиться, правда, за несколько сотен лет. Еще влияют на состав воздуха и техногенные катастрофы, а они, к сожалению, сейчас происходят чуть ли не каждый день.

Таким образом, атмосфера состоит из:

• азот (78%);
• кислород (21%);
• газообразный аргон (1%);
• вода;
• пыль;
• сажа;
• пепел;
• пыльца;
• соль и т.д.

Почему трава зеленая?

Зеленая, зеленая трава… Почему трава именно зеленая, а не розовая, белая или черная? Найти объяснение нам помогут сразу 3 науки, которые учат в школе: биология, химия и физика.

Фотосинтез и хлорофилл

Если рассмотреть траву под микроскопом, можно увидеть хлоропласты — ярко выраженные частички, в которых есть хлорофилл. Это пигмент, который содержится во всех растениях и придает им зеленую окраску. Само слово «хлорофилл» так и переводится с греческого — «зеленый лист».

Более подробное объяснение дает фотосинтез, в котором участвуют все растения на земле. О нем каждый знает из школьных уроков биологии. Трава поглощает углекислый газ и перерабатывает его под воздействием солнца. В результате в атмосферу выделяется чистый кислород, которым мы дышим. Ключевую роль в этих процессах играет именно зеленый пигмент. Если трава бледная, в ней мало хлорофилла для нормального фотосинтеза. Ярко-зеленые растения насыщены этим пигментом. Они перерабатывают много углекислого газа и выделяют большое количество кислорода.

Осенью трава желтеет, с деревьев опадают засохшие листья. Именно такими были бы все растения, если бы в них не было хлорофилла. Дело в том, что с наступлением осени становится темнее и прохладнее. Из-за недостатка солнечного света хлорофилл начинает разрушаться, поэтому растения постепенно теряют зеленую окраску.

Почему небо голубое с точки зрения физики?

Ответить на этот вопрос пытались многие исследователи. Однако только в конце 19 века Д. Рэлей смог дать этому явлению самое лучшее объяснение. Солнце изучает лучи чистого прозрачного света. Следовательно – небо мы также должны видеть белым. Но по пути к земле солнечные лучи меняют свой оттенок. Это возможно благодаря тому, что белый цвет включает в себя спектр из 7 оттенков. Именно благодаря их соединению и получается белый цвет.

Почему же белый цвет распадается на оттенки, но видим мы при этом только голубой? Сначала ученые объясняли это особым составом воздуха, который состоит из большого количества химических компонентов. В земной атмосфере также есть пары воды, кристаллы льда, частички пыли и т.п. В самом верхнем слое формируется озон.

По мнению физиков, которые первыми занимались этим вопросов, молекулы озона и воды поглощают красные лучи, а голубые лучи – пропускают. Однако, сделав точные расчеты, ученые исключили такой вариант объяснения, поскольку в атмосфере просто не так много озона и воды, чтобы сделать небо голубым.

Спустя 70 лет ученый Д. Таиндалл сделал предположение, что свет рассеивается благодаря пыли и прочим частичкам, присутствующим в воздухе. Голубой свет рассеивается меньше всего, поэтому и создается явление голубого небосвода. Ученый утверждал, что если бы воздух был абсолютно чистым, то, небо казалось бы нам тоже белым.

Вскоре и Д. Рэлей пересмотрел свое отношение к тому, почему небо голубое. Он выдвинул предположение о том, что небо окрашивается в голубой свет не частичками дыма, смога или пыли, а непосредственно воздухом. Часть лучей доходит до Земли, не изменяя свой цвет. Но большая часть все же вступает в контакт с молекулами газа и поглощается ними.

При таком взаимодействии молекулы наполняются энергией, возбуждаются и снова излучают энергии в виде фотонов. Полученные таким образом фотоны могут иметь любой цвет. Они рассеиваются в любом направлении. Цвет лучей будет при этом зависеть от преобладания квантов того или иного оттенка. Во время столкновения фотонов и газовых молекул на один вторичный квант красного цвета приходится 8 квантов голубого. Отсюда ученый сделал вывод: мы видим небо голубым за счет преломления цвета из-за газовых молекул.

Колерная карта

Аддитивное смешение цветов

Если размышлять дальше, то захочется спросить почему небо днем голубое, а на закате красное. Разгадка в том, что во время заката солнечный диск приближается к горизонту и мы смотрим на него не поперек атмосферной толщи, как днем, а как бы вдоль нее. Путь лучей до наших глаз заметно увеличивается и синие волны становятся не видны, потому что рассеиваются, не доходя до зрения человека. Этот же принцип объясняет почему, когда зенит неба голубого цвета, у горизонта оно гораздо бледнее, иногда совсем белое. Еще одно интересное цветное небесное явление. На закате, в последнее мгновение, когда синие волны спектра уже совсем не достигают глаз наблюдателя, а красные уже скрываются за горизонтом, у верхней кромки Солнца вспыхивает зеленый луч. Это удивительное зрелище длится несколько секунд. Наблюдать его можно практически везде, где открыта линия горизонта. На море, за счет влажности воздуха, который работает как лупа и увеличивает солнечный диск, это смотрится еще лучше. Когда небо затянуто тучами, они поглощают свет и оттого выглядят серыми. По своей сути серый цвет — это не даже цвет как таковой, а его отсутствие.

Почему небо Голубое, а трава зеленая. Почему трава зелёная, а небо голубое? Непростые ответы на детские вопросы

Известно, что самыми сложными нередко оказываются очень простые, практически детские, вопросы. На самом деле, взрослые льстят себе, считая, что подобные вопросы задают маленькие дети, потому что они мало знают. Просто дети не находятся в плену стереотипов, к тому же они любознательны, чего, увы, часто не скажешь о взрослых. Но спросите у взрослого, почему трава зелёная, а небо голубое, и, с высокой долей вероятности, точного ответа вы не получите.

Сначала о траве

Здесь всё относительно просто. Известно, что растения на Земле поглощают солнечную энергию, расщепляя её, «строя», таким образом, свои ткани. Другими словами, солнечный свет — это топливо, которое позволяет растениям жить.

Но если есть топливо, должна быть и печка, в которой оно сжигается. Такой печкой является особое вещество — хлорофилл. Именно в его клетках происходит усваивание солнечной энергии.

Крохотные, невидимые зёрнышки хлорофилла покрывают собой каждый лист, каждую зелёную иголочку. Их молекулы — настоящие фабрики, работу которых можно упрощённо описать следующими операциями:

1. Поглощение солнечного света.
2. Разложение его на составляющие.
3. Использование полученной энергии для расщепления углекислого газа.
4. Выработка сахаров, крахмалов и белков.
5. Отражение зелёного спектра солнечного цвета.

Таким образом, хлорофилловые зёрна, получив солнечные лучи и использовав их для своих целей, отражают обратно только ту часть спектра, которая воспринимается нашим глазом как зелёный цвет. И мы говорим: трава зелёная!

История голубого неба

С окрашиванием неба в голубой цвет всё немного сложнее. Вернее, ещё в середине XIX века учёным казалось, что здесь тоже нет загадок. Ведь уже тогда было известно, что наша атмосфера состоит из нескольких газов, преимущественно углекислого, азота и кислорода.

Знали физики уже и то, что солнечный свет, хотя и кажется белым, имеет в своём составе 7 цветов, известных всем и поныне, как цвета радуги. Белый цвет можно без проблем разложить на эти цвета, или, говоря языком науки, получить полный спектр.

Поэтому сразу выдвинули теорию, которая гласила: молекулы газов, составляющих атмосферу Земли, способны раскладывать белый солнечный свет на спектр и задерживать в себе большую его часть, пропуская к наблюдателю на поверхности планеты только сине-голубые лучи. Таким образом, человек на Земле видел бы небо голубоватым.

Все остались были довольны эти объяснением, пока английский учёный Д. Рэлей в самый последний год XIX века не провёл ряд опытов, в которых уверенно доказал: молекул воздуха и частиц пыли для подобного разложения недостаточно! Научный мир изумился…

Но, к счастью, тот же Рэлей вскоре нашёл и новое объяснение. Оказывается, фотоны света, встречаясь с молекулами воздуха, активируют их, и уже активированные молекулы, в свою очередь, испускают новые фотоны, но уже не белые, а синие и голубые. Вот почему мы видим наше небо голубоватым. И, кстати, даже если смотреть на планету из Космоса, она тоже выглядит голубым шариком: ведь «голубые» фотоны вылетают из атмосферы и вверх, и вниз.

Вот такой, совсем непростой ответ мы получили на обычный детский вопрос. Кстати, если отвечать на него маленьким детям, достаточно будет сказать, что голубым солнечный свет становится из-за того, что он фильтруется атмосферой Земли, как грязная вода очищается, проходя сквозь плотную бумажную салфетку.

А нам, взрослым, услышав от ребёнка, почему трава зелёная, а небо голубое, не стоит сразу смотреть на малыша «сверху вниз». Для начала подумаем: а знаем ли мы сами правильные ответы на такие незамысловатые вопросы? И, кстати, можем приготовиться к следующему возможному вопросу: «А почему же тогда небо на закате оранжевое?».

Как правильно отвечать на вопросы детей?

1. Первое правило – говорить всегда правду. Правда — понятие несколько философское, подразумевается изложить смысл достоверно, но доступно для ума ребёнка. Например, вопрос «Откуда я взялся» требует простого ответа — «Из животика у мамы», — нет необходимости краснеть и начинать рассказывать про строение предстательной железы и созревание фолликулов. Уход в другую комнату вместо ответа – также не приветствуется.

2. Использовать понятные ребёнку слова, приблизительно из уже имеющегося словарного запаса. Например: у мамы в животе есть специальный домик для детей и маленькая дверца, когда ребёнок подрастёт и ему будет тесно, он вылезет из животика через дверцу; дверца это такая дырочка, она спрятана между ногами у мамы, но это секрет и её нельзя всем показывать, только папа может на неё смотреть.

3. В одну беседу вводить не более 1-2 новых терминов (слова), в следующие дни невзначай повторить их в обычном разговоре, найти мультфильм или короткое видео (до 5 мин) по теме. Вы и ребёнок должны применять знания в реальной жизни. Например: мультфильм «Спирит» и мультфильм «Бемби» — best of the best. Посмотрите, как у соседской кошки родились или рождаются котята, щенки.

4. Используйте аллегории (сказочные образы, художественные, иносказательные) при объяснении сложной темы. К вопросу «откуда я взялся» подходят любые сказки и истории про рождение. Если закрепить познавательный интерес, любознательность в этом возрасте, то в школе с учёбой проблем не будет. Главное использовать позитивные образы: и родился у них богатырь; и родилась девочка красавицей да умницей всем на радость; и хвалился заяц, что у него 4 сыночка и лапочка дочка. Уход от использования аллегорий не даёт развиваться фантазии ребёнка, а ведь это так просто! Помню как в детстве дедушка приносил мне с работы конфетку и говорил: — Это от зайчика. Счастью моему не было предела! И давай я вопросами сыпать: — А где ты шёл? А где зайчик бежал? А как ты его увидел? А что он ещё сказал? А он был беленький? Психологически должна быть завязка: вопрос – приятное принятие вопроса – правильное послевкусие. Если после того, как ребёнок задал вопрос, у него остался на душе неприятный осадок, он будет меньше проявлять инициативу и может совсем перестать проявлять интерес к новому. Тогда в школе вы уже не добьётесь хороших отметок. Ответив на вопрос «откуда я взялся» со смешком, грубо: «О, ты смотри! В огороде тебя нашли, иди, поищи, может, ещё кого-то там найдёшь!», — вы оставите осадок: «Надо мной все смеются» и сформируете комплекс неполноценности. Не обижайте детей. В реальной жизни получив не тот ответ, дитё пойдёт с этим вопросом по всем членам семьи, чтобы таки прояснить его для себя.

5. Имейте терпение, и сами задавайте вопросы ребёнку. Нужно знать, что дети тоже хотят общаться и у них нет другого способа поговорить с вами о том о сём, поэтому задавать вопросы – это единственная возможность вывести вас на разговор. И пока ребёнок сам идёт на контакт – радуйтесь! Получайте от этого истинное наслаждение, ведь время пролетит быстро, почемучки вырастут и разлетятся по разным городам. А вы? Вы будете грустить, с нежностью вспоминая их детство. В беседе сами задавайте вопросы по интересующей малыша теме. В нашем случае спросите, есть ли у него братики, сестрички, когда они родились? В какое время года, месяца? Сколько детей в твоей семье? Как празднуете день рождения? Такие дополнительные вопросы повышают готовность ребёнка к школе.

Что делать, если нет ответа?

Для детей очень важно получать быстрое объяснение, однако не всегда удаётся вспомнить либо придумать простой и доступный для понимания ответ. Уход от разговора конечно, не самый лучший вариант развития событий, однако лучше всё же подготовиться

1. Вспомните о планетариях, в которых эксперты очень увлекательно объясняют историю появления Земли, говорят о звёздном небе. Малышу обязательно придётся по душе этот увлекательный рассказ. И даже если экскурсовод и не объяснит о том, откуда взялась голубизна неба, зато он узнает много нового и необычного.
2. Если нет возможности сходить в планетарий либо вопрос остался без ответа, у вас останется время на поиск в любых источниках, например, в сети. Только подбирайте объяснение, ориентируясь на возраст и уровень интеллектуального развития детей. И не забудьте поблагодарить ребёнка, ведь именно он помогает вам развиваться.

Почему небо голубое? Подобные вопросы беспокоят многих малышей-почемучек, которые знакомятся с окружающим миром. Хорошо, если сам родитель знает, откуда берётся синева над головой. В этом помогут и наши варианты ответов.

Таким нехитрым способом можно воспитать любознательного кроху, который всегда стремится найти объяснение каждому волнующему его факту.

Как можно ответить маленькому ребенку?

Конечно, вышеприведенные объяснения не очень подходят для детей. Если в разговоре со школьником еще можно рассказать о понятии солнечного спектра и создать пусть упрощенную, но все-таки физическую модель, то для детей помладше нужен более простой ответ.

Проще всего в данном случае сказать, что в небе как бы отражаются синие озера и реки — точно так же, как небо отражается в них. Это объяснение вполне устроит ребенка на несколько лет — пока он не дорастет до более серьезного разговора.

Всем давно уже известно, какими любознательными являются дети. Они порой задают такие вопросы, которые вгоняют взрослых в краску. Вроде все элементарно и просто, однако, дать в ту же минуту ответ сложно многим родителям. Чтобы не попадать в такие сложные и неловкие ситуации при разговоре с ребенком, необходимо подготовиться к ним основательно.

Поэтому мы разберем те вопросы, которые наиболее часто приходится слышать из уст детей и которые заинтересовывают взрослых.

Фраза с вопросом относительно оттенка поднебесья многих родителей ставит в довольно неловкое положение. Детям интересно то, почему поднебесье именно светло-синее, не желтое, не красное, ведь космос черный? Но если мы, взрослые, затрудняемся ответить, то это значит, что мы сами толком не знаем ответа на этот вопрос, и нам никогда не приходило в голову задаваться им. И многие, не зная правильного ответа, переводят тему.

Свет, который состоит из 7 оттенков спектра, проходит, как правило, через атмосферу. Происходит столкновение солнечных фотонов с множеством молекул газа, содержавшихся в воздухе. Это приводит к такому явлению, как рассеивание. Самым интересным является момент, касающийся количества частиц, которые занимаются излучением короткой волны синего оттенка. Их становится больше в 8 раз. Выходит, что на пути к Земле оттенок солнечных лучей сменяется с белого на светло-синий. Как же объяснить все это ребенку? Но ребенок еще очень мал, что говорить с ним о фотонах солнечных лучей, которые сталкиваются с молекулами газа.

Короткий ответ в беседе для детей

Воздух, который нас окружает, имеет в своем составе крошечные и постоянно движущиеся частички — газы, пылинки, соринки, пары воды. Они так малы, что рассмотреть можно только под микроскопом, а солнечный свет — это гармония семи оттенков. Лучу, который проходит сквозь воздух, приходится сталкиваться с мелкими частичками. И это приводит к тому, что оттенки в нем разъединяются. А так как в цветовом спектре больше светло-синего цвета, то его мы только и видим. А можно просто ответить коротко, что солнечные лучи окрашивают воздух в светло-синий оттенок.

Шутливый (оригинальный) ответ

Все думают, что воздух прозрачен, но он светло-синего оттенка. До солнышка нам очень и очень далеко. Смотря на верх, нам удается рассмотреть лишь толстый воздушный слой. Он так чист, что кажется светло-синим. Также возможно и шутливо ответить, что оно светло-синее, потому что в игре, кто быстрее, всегда побеждает светло-синий оттенок.

Эффект Тиндаля

Первые шаги к правильному объяснению цвета неба сделал Джон Тиндаль в 1859 году. Он обнаружил любопытный эффект: если пропустить свет через прозрачную жидкость, в которой взвешены мелкие частички, то голубой свет будет рассеиваться этими частичками сильнее, чем красный свет.

Это можно легко продемонстрировать. Возьмите стакан с водой и размешайте в нем несколько капель молока, немного муки или мыла, так чтобы вода в стакане стала мутной. Затем пропустите через стакан свет фонарика. Вы увидите, что свет внутри стакана стал голубоватым. Вернее, голубоватым стал тот свет, который попал вам в глаза из стакана, то есть был отклонен и рассеян в растворе!