3.3 Явления, связанные с рассеянием радиации

Одним из примитивных примеров, связанных с рассеянием радиации, который мы можем наблюдать почти каждый день - это голубой цвет неба. Голубой цвет неба - это цвет самого воздуха, обусловленный рассеянием в нем солнечных лучей. Воздух прозрачен в тонком слое, как прозрачна в тонком слое вода. Но в мощной толще атмосферы воздух имеет голубой цвет подобно тому, как вода уже в сравнительно малой толще

(несколько метров) имеет зеленый цвет. Так как молекулярное рассеяние света происходит обратно пропорционально, то в спектре рассеянного света, посылаемого небесным сводом, максимум энергии смещен на голубой цвет. Таким образом, небесный свод имеет голубой цвет. Голубой цвет воздуха можно видеть не только глядя на небесный свод, но и рассматривая отдельные предметы, которые кажутся окутанными голубоватой дымкой. С высотой, по мере уменьшения плотности воздуха, т.е. количества рассеивающих частиц, цвет неба становится темнее и переходит в густо-синий, а в атмосфере - в черно-фиолетовый. По свидетельству космонавтов, на высоте 300 км цвет неба черный. Увеличение доли рассеянных фиолетовых лучей с высотой хорошо видно в горах, которые в чистом воздухе кажутся сине-фиолетовыми.

Чем больше в воздухе примесей более крупных размеров, чем молекулы воздуха, тем больше доля длинноволных лучей в спектре солнечной радиации и тем белесоватее становится окраска небесного свода. Когда диаметр частиц тумана, облаков и аэрозолей становится более 1-2 мкм, то лучи всех длин волн уже не рассеиваются, а одинаково диффузно отражаются; поэтому отдельные предметы при тумане и пыльной мгле заволакиваются уже не голубой, а белой или серой завесой. Поэтому же облака, на которые падает солнечный (т.е. белый) свет, кажутся белыми.

Рисунок 3 - Голубой цвет неба [13]

Солнечный свет, идущий от диска Солнца, проходя через атмосферу, вследствие рассеяния меняет свой цвет. Благодаря рассеянию больше всего понижается энергия наиболее коротких длин волн видимой части спектра - синих и фиолетовых, поэтому «уцелевший» от рассеяния прямой солнечный свет становится желтоватым. Солнечный диск кажется тем желтее, чем он ближе к горизонту, т.е. чем длиннее путь лучей через атмосферу и, следовательно, чем больше рассеяние. У горизонта Солнце становится почти красным, особенно когда в воздухе много пыли и мельчайших продуктов конденсации (капель или кристаллов). Точно так же и солнечный свет, отраженный облаками, рассеиваясь по пути к земной поверхности, становится беднее синими лучами. Поэтому, когда облака близки к горизонту и путь отраженных от них лучей света, проходящий сквозь атмосферу к наблюдателю, велик, они приобретают вместо белой желтоватую окраску.

Рисунок 4 - Желтоватая окраска облаков [14]

Рассеяние солнечной радиации в атмосфере имеет огромное практическое значение, так как создает рассеянный свет в дневное время. В отсутствие атмосферы на Земле было бы светло только там, куда попадали бы прямые солнечные лучи или солнечные лучи, отраженные земной поверхностью и предметами на ней. Вследствие же рассеянного света вся атмосфера днем служит источником освещения: днем светло также и там, куда солнечные лучи непосредственно не падают, и даже тогда, когда Солнце скрыто облаками [6].

Рисунок 5 - Рассеянный свет в дневное время [15]