يتم توضيح اللون الأحمر للشمس عند غروب الشمس. لماذا السماء زرقاء وغروب الشمس حمراء؟ نشر الضوء في الهواء

16088 0

في يوم صافٍ مشمس ، تبدو السماء زرقاء لامعة.

في المساء ، عند غروب الشمس ، تتحول السماء إلى الأحمر والوردي والبرتقالي.

لماذا السماء زرقاء؟ ما الذي يجعل غروب الشمس أحمر؟

للإجابة على هذه الأسئلة ، يجب أن ندرس الضوء والغلاف الجوي للأرض.

الغلاف الجوي

الغلاف الجوي عبارة عن مزيج من جزيئات الغاز ومواد أخرى تحيط بالأرض. وهي تتكون بشكل رئيسي من النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). المواد الأخرى الأكثر شيوعًا هي الأرجون والماء (على شكل بخار ، سائل ، بلورات ثلجية).

أيضًا ، بكميات صغيرة ، توجد غازات أخرى وجزيئات صلبة صغيرة: جزيئات الغبار والسخام وحبوب اللقاح والملح من المحيط.
يتغير تكوين الغلاف الجوي اعتمادًا على الموقع والطقس وأشياء أخرى.

على سبيل المثال ، قد يكون هناك المزيد من الماء في الهواء بعد الإعصار أو بالقرب من المحيط. يمكن أن تنطلق البراكين في الغلاف الجوي عدد كبير منرماد. يمكن أن يؤدي التلوث إلى إضافة غازات وسناج مختلفة. يتم ضغط الغلاف الجوي بشدة على كامل سطح الأرض. تدريجيًا ، يصبح أرق كلما تقدمت أعلى وأعلى. لا يوجد خط واضح بين الغلاف الجوي والفضاء.

موجات الضوء

الضوء جزء من الطاقة التي تشع وتنتقل في شكل موجات. يتم تمثيل العديد من أنواع الطاقة بالموجة. على سبيل المثال ، الصوت هو اهتزازات في الهواء. الضوء هو اهتزازات المجالات الكهربائية والمغناطيسية. هذا ليس سوى جزء صغير من النطاق الهائل للموجات الكهرومغناطيسية. هذه السلسلة تسمى الطيف.

تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء بسرعة تقترب من 300000 كم / ساعة. هذه تسمى سرعة الضوء.

لون فاتح

الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي تستطيع أعيننا إدراكه. يتكون ضوء الشمس أو المصباح العادي من ألوان مختلفة. يمكننا رؤية هذه الألوان عن طريق انكسار الضوء بمنشور. تظهر أيضًا في قوس قزح في السماء.

يتم خلط الألوان باستمرار في لون واحد. في أحد طرفي الطيف يوجد اللونان الأحمر والبرتقالي. يتحولون تدريجياً إلى الأصفر والأخضر والأزرق والأزرق والأرجواني. تأتي الألوان بأطوال موجية وترددات وطاقات مختلفة. نفسجيبأقصر طول موجي للطيف المرئي. هذا يعني أن لديها أعلى تردد وطاقة.

مع اللون الأحمر ، العكس هو الصحيح: التردد والطاقة هما الأدنى ، لكن الطول الموجي هو الأطول.

نور في الهواء

يسافر الضوء في الفضاء في خط مستقيم حتى يقابل عقبة في طريقه. عندما يتحرك الضوء عبر الغلاف الجوي ، فإنه يستمر في التحرك في خط مستقيم حتى يصطدم بجزيئات الهواء. ما يحدث بعد الاصطدام يعتمد على الطول الموجي والتردد.

جزيئات الغبار وقطرات الماء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي. ينعكس الضوء الذي يصطدم بهذه الجسيمات ويغير مسار الحركة. تنعكس ألوان مختلفة من الضوء بالتساوي من الجسيمات. يظل الضوء المنعكس أبيض حيث يستمر في احتواء جميع الألوان في حالة مختلطة.

جزيئات الغاز أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي. عندما يضربهم الضوء ، يمكن أن يحدث أي شيء. على سبيل المثال ، يمكن أن تمتصه الجزيئات. وبعد ذلك سيبدأون في إشعاعها ، لكن في الاتجاه الآخر. يتم امتصاص جميع الألوان ، ولكن اللون الأزرق يفعل ذلك أكثر من جميع الألوان الأخرى. سميت هذه العملية بـ "تشتت رايلي" (نسبة إلى الفيزيائي الإنجليزي اللورد رايلي ، الذي اكتشف هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1870)

لماذا السماء زرقاء؟

السماء ملونة بالأزرق بسبب تشتت رايلي. عندما يمر الضوء عبر الغلاف الجوي ، تمتص جزيئات الهواء اللون الأزرق وينعكس في اتجاهات مختلفة. لوحظت هذه الظاهرة حول الأرض بأكملها. أينما نظرت ، سوف يتفوق عليك اللون الأزرق المنعكس. لذلك ، تبدو السماء كلها زرقاء.

بالقرب من الأفق ، لون السماء ليس مشبعًا جدًا ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه يجب أن يمر حجمًا أكبر من الهواء.

السماء السوداء والشمس البيضاء

تبدو الشمس صفراء من الأرض. إذا وجدت نفسك في الفضاء أو على القمر ، ستتحول الشمس إلى اللون الأبيض. لا يوجد غلاف جوي في الفضاء ونور الشمس لا ينعكس من أي شيء. بدون الغلاف الجوي ، ستبدو السماء سوداء.

لماذا لون غروب الشمس أحمر؟

تغرب الشمس ويجب أن يسافر الضوء مسافة طويلة عبر الغلاف الجوي قبل أن يصل إليك. ينعكس معظم الضوء ويمتص. كلما قل الضوء ، قل سطوع الشمس. يتغير لونه من البرتقالي إلى الأحمر ، لأن هذه الألوان لها أطول موجات طولها.

يمكن أن تأخذ السماء حول غروب الشمس مجموعة متنوعة من الألوان.

يبدو مذهلاً بشكل خاص عندما يتم وزن العديد من الجزيئات الصغيرة في السماء. تعكس الضوء في اتجاهات مختلفة ، والسماء ملونة بالأحمر والبرتقالي والوردي.

كونستانتين موكانوف

واحد من السمات المميزةالإنسان الفضول. ربما نظر الجميع ، في طفولتهم ، إلى السماء وتساءلوا: "لماذا السماء زرقاء؟" كما اتضح ، فإن الإجابات على مثل هذه الأسئلة التي تبدو بسيطة تتطلب بعض قاعدة المعرفة في مجال الفيزياء ، وبالتالي لن يتمكن كل والد من شرح سبب هذه الظاهرة للطفل بشكل صحيح.

دعونا ننظر في هذه المسألة من وجهة نظر علمية.

يغطي نطاق الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي النطاق الكامل للإشعاع الكهرومغناطيسي تقريبًا ، والذي يتضمن الإشعاع المرئي للبشر. توضح الصورة أدناه اعتماد شدة الإشعاع الشمسي على الطول الموجي لهذا الإشعاع.

عند تحليل هذه الصورة ، يمكن للمرء أن يلاحظ حقيقة أن الإشعاع المرئي يتم تمثيله أيضًا بكثافة غير منتظمة للإشعاع ذي الأطوال الموجية المختلفة. لذلك فإن المساهمة الصغيرة نسبيًا في الإشعاع المرئي تكون بواسطة البنفسجي ، والأكبر - باللون الأزرق والأخضر.

لماذا السماء زرقاء؟

بادئ ذي بدء ، هذا السؤال مدفوع بحقيقة أن الهواء غاز عديم اللون ولا ينبغي أن ينبعث منه ضوء أزرق. من الواضح أن نجمنا هو سبب هذا الإشعاع.

كما تعلم ، الضوء الأبيض هو في الواقع مزيج من الإشعاع لجميع ألوان الطيف المرئي. بمساعدة المنشور ، من الممكن توسيع الضوء بوضوح إلى مجموعة كاملة من الألوان. يحدث تأثير مماثل في السماء بعد المطر ويشكل قوس قزح. عندما يدخل ضوء الشمس الغلاف الجوي للأرض ، يبدأ في التبدد ، أي. الإشعاع يغير اتجاهه. ومع ذلك ، فإن خصوصية تكوين الهواء هي أنه عندما يدخله الضوء ، فإن الإشعاع ذي الطول الموجي القصير يتشتت بقوة أكبر من الإشعاع ذي الطول الموجي الطويل. وبالتالي ، مع الأخذ في الاعتبار الطيف الموضح سابقًا ، يمكنك أن ترى أن الضوء الأحمر والبرتقالي لن يغير مسارهما عمليًا ، حيث يمر عبر الهواء ، بينما سيغير الإشعاع البنفسجي والأزرق اتجاههما بشكل ملحوظ. لهذا السبب ، يظهر نوع من الضوء قصير الموجة "المتجول" في الهواء ، والذي يتشتت باستمرار في هذه البيئة. نتيجة للظاهرة الموصوفة ، يبدو أن إشعاع الموجة القصيرة من الطيف المرئي (البنفسجي ، السماوي ، الأزرق) ينبعث في كل نقطة في السماء.

الحقيقة المعروفة لإدراك الإشعاع هي أن العين البشرية يمكنها أن تلتقط ، وترى ، الإشعاع فقط إذا دخلت العين مباشرة. بعد ذلك ، بالنظر إلى السماء ، سترى على الأرجح ظلال الإشعاع المرئي ، والذي يكون طوله الموجي هو الأصغر ، لأنه الأفضل على الإطلاق هو أن يكون مبعثرًا في الهواء.

لماذا ، بالنظر إلى الشمس ، لا ترى لونًا أحمر واضحًا؟ أولاً ، من غير المحتمل أن يكون الشخص قادرًا على فحص الشمس بعناية ، لأن الإشعاع الشديد يمكن أن يتلف العضو المرئي. ثانيًا ، على الرغم من وجود ظاهرة مثل تشتت الضوء في الهواء ، لا يزال معظم الضوء المنبعث من الشمس يصل إلى سطح الأرض دون أن يتشتت. لذلك ، يتم الجمع بين جميع ألوان الطيف المرئي للإشعاع ، مما يؤدي إلى تكوين ضوء بلون أبيض أكثر وضوحًا.

دعنا نعود إلى الضوء المنتشر في الهواء ، والذي يجب أن يكون للون ، كما حددنا بالفعل ، أقصر طول موجي. من بين الإشعاع المرئي ، يكون للبنفسج أصغر طول موجي ، يليه اللون الأزرق ، وأطول قليلاً من الطول الموجي له أزرق. مع الأخذ في الاعتبار الكثافة غير المتكافئة لإشعاع الشمس ، يصبح من الواضح أن مساهمة اللون البنفسجي لا تكاد تذكر. لذلك فإن اللون الأزرق يقدم أكبر مساهمة في الإشعاع المنتشر بالهواء ، يليه اللون الأزرق.

لماذا لون غروب الشمس أحمر؟

في حالة اختباء الشمس خلف الأفق ، يمكننا أن نلاحظ نفس الإشعاع الأحمر البرتقالي ذي الطول الموجي الطويل. في هذه الحالة ، يجب أن يمر ضوء الشمس بشكل ملحوظ مسافة أكبرفي الغلاف الجوي للأرض قبل أن تصل إلى عين الراصد. في المكان الذي يبدأ فيه إشعاع الشمس بالتفاعل مع الغلاف الجوي ، تكون الألوان الأكثر وضوحًا هي الأزرق والأزرق. ومع ذلك ، مع المسافة ، يفقد إشعاع الموجات القصيرة شدته ، حيث ينتشر بشكل كبير على طول الطريق. في حين أن الإشعاع طويل الموجة يقوم بعمل ممتاز في تغطية مثل هذه المسافات الطويلة. هذا هو سبب احمرار الشمس عند غروب الشمس.

كما ذكرنا سابقًا ، على الرغم من تناثر إشعاع الموجة الطويلة في الهواء بشكل ضعيف ، فلا يزال هناك تناثر. لذلك ، كونها في الأفق ، تبعث الشمس الضوء ، الذي يصل منه فقط إشعاع ظلال اللون الأحمر البرتقالي إلى الراصد ، والذي يتمكن إلى حد ما من التبدد في الغلاف الجوي ، مشكلاً الضوء "المتجول" المذكور سابقًا. هذا الأخير يرسم السماء بظلال متنوعة من الأحمر والبرتقالي.

لماذا الغيوم بيضاء؟

من المعروف أن السحب تتكون من قطرات مجهرية من السائل تنثر الضوء المرئي بشكل متساوٍ تقريبًا ، بغض النظر عن الطول الموجي للإشعاع. ثم ينتشر الضوء المبعثر الموجه في جميع الاتجاهات من القطرة مرة أخرى على قطرات أخرى. في هذه الحالة ، يتم الاحتفاظ بمجموعة الإشعاع من جميع الأطوال الموجية ، وتنعكس الغيوم (تنعكس) باللون الأبيض.

إذا كان الطقس غائما ، فإن الإشعاع الشمسي يصل إلى سطح الأرض بكمية ضئيلة. في حالة السحب الكبيرة ، أو كثرة عددها ، يمتص بعض ضوء الشمس ، فتعتم السماء وتتحول إلى اللون الرمادي.

في يوم مشمس صاف ، تبدو السماء فوقنا زرقاء لامعة. في المساء ، غروب الشمس يرسم السماء باللون الأحمر والوردي والبرتقالي. لم السماء زرقاء؟ما الذي يجعل غروب الشمس أحمر؟

للإجابة على هذه الأسئلة ، عليك أن تعرف ما هو الضوء وما يتكون الغلاف الجوي للأرض.

الغلاف الجوي

الغلاف الجوي عبارة عن مزيج من الغازات والجسيمات الأخرى التي تحيط بالأرض. يتكون الغلاف الجوي بشكل أساسي من النيتروجين الغازي (78٪) والأكسجين (21٪). يعتبر غاز الأرجون والماء (على شكل بخار وقطرات وبلورات ثلجية) ثاني أكثر الغازات شيوعًا في الغلاف الجوي ، ولا يتجاوز تركيزهما 0.93٪ و 0.001٪ على التوالي. يحتوي الغلاف الجوي للأرض على كميات صغيرة من الغازات الأخرى ، وكذلك أصغر جزيئات الغبار والسخام والرماد وحبوب اللقاح والملح التي تدخل الغلاف الجوي من المحيطات.

يختلف تكوين الغلاف الجوي في حدود صغيرة حسب الموقع والطقس وما إلى ذلك. يزداد تركيز الماء في الغلاف الجوي أثناء العواصف الشديدة ، وكذلك بالقرب من المحيط. البراكين قادرة على إلقاء كميات هائلة من الرماد في الغلاف الجوي. يمكن أن يضيف التلوث من صنع الإنسان أيضًا غازات أو غبارًا وسخامًا مختلفًا إلى التكوين الطبيعي للغلاف الجوي.

تكون كثافة الغلاف الجوي على ارتفاع منخفض بالقرب من سطح الأرض هي الأعلى ؛ مع زيادة الارتفاع ، تنخفض تدريجيًا. لا توجد حدود واضحة بين الغلاف الجوي والفضاء.

موجات الضوء

الضوء هو نوع من الطاقة التي تحملها الأمواج. بالإضافة إلى الضوء ، يتم نقل أنواع أخرى من الطاقة بمساعدة الموجات ، على سبيل المثال ، الموجة الصوتية هي اهتزازات الهواء. الموجة الضوئية هي تذبذب للمجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وهذا النطاق يسمى الطيف الكهرومغناطيسي.

تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء الخالي من الهواء بسرعة 299.792 كم / ثانية. تسمى السرعة التي تنتشر بها هذه الموجات بسرعة الضوء.

تعتمد طاقة الإشعاع على الطول الموجي وتردده. الطول الموجي هو المسافة بين أقرب قمتين (أو قاع) للموجة. تردد الموجة هو عدد المرات التي تهتز فيها الموجة في الثانية. كلما طالت الموجة ، قل ترددها وقلت الطاقة التي تحملها.

ألوان فاتحة مرئية

الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يمكن رؤيته بأعيننا. قد يكون للضوء المنبعث من الشمس أو المصباح المتوهج لون أبيضلكنها في الواقع مزيج من ألوان مختلفة. يمكنك رؤية الألوان المختلفة للطيف المرئي للضوء عن طريق تحليله بمنشور. يمكن أيضًا ملاحظة هذا الطيف في السماء على شكل قوس قزح ، ينشأ من انكسار الضوء من الشمس في قطرات الماء ، ويعمل كمنشور عملاق واحد.

يتم خلط ألوان الطيف ، بحيث يتم تمرير أحدهما إلى الآخر بشكل مستمر. في أحد طرفيه ، يكون الطيف أحمر أو برتقالي. تتلاشى هذه الألوان إلى الأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والأرجواني. للألوان أطوال موجية مختلفة وترددات مختلفة وتختلف في الطاقة.

نشر الضوء في الهواء

ينتقل الضوء عبر الفضاء في خط مستقيم طالما لا توجد عوائق في طريقه. عندما تدخل موجة ضوئية إلى الغلاف الجوي ، يستمر الضوء في الانتشار في خط مستقيم حتى يوجد غبار أو جزيئات غاز في مسارها. في هذه الحالة ، سيعتمد ما يحدث للضوء على طول موجته وحجم الجسيمات العالقة في مساره.

جزيئات الغبار وقطرات الماء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي. ينعكس الضوء في اتجاهات مختلفة عندما يصطدم بهذه الجسيمات الكبيرة. تنعكس هذه الجسيمات بألوان مختلفة من الضوء المرئي. يبدو الضوء المنعكس أبيض اللون لأنه لا يزال يحتوي على نفس الألوان التي كانت عليه قبل الانعكاس.

جزيئات الغاز أصغر من الطول الموجي للضوء المرئي. إذا اصطدمت موجة ضوئية بهم ، فقد تكون نتيجة الاصطدام مختلفة. عندما يصطدم الضوء بجزيء أي غاز ، يتم امتصاص بعض منه. بعد ذلك بقليل ، يبدأ الجزيء في إصدار الضوء في اتجاهات مختلفة. لون الضوء المنبعث هو نفس اللون الذي تم امتصاصه. لكن الألوان ذات الأطوال الموجية المختلفة يتم امتصاصها بطرق مختلفة. يمكن امتصاص أي لون ، ولكن يتم امتصاص الترددات الأعلى (سماوي) بقوة أكبر بكثير من الترددات المنخفضة (أحمر). تسمى هذه العملية تشتت رايلي ، والتي سميت على اسم الفيزيائي البريطاني جون رايلي ، الذي اكتشف ظاهرة التشتت هذه في سبعينيات القرن التاسع عشر.

لم السماء زرقاء؟

السماء زرقاء بسبب تشتت رايلي. عندما ينتقل الضوء عبر الغلاف الجوي ، فإن معظم الأطوال الموجية الطويلة في الطيف الضوئي تمر دون تغيير. فقط جزء صغير من الأحمر والبرتقالي و ازهار صفراءيتفاعل مع الهواء.

ومع ذلك ، فإن العديد من الأطوال الموجية الأقصر للضوء يتم امتصاصها بواسطة جزيئات الغاز. بمجرد امتصاصه ، ينبعث اللون الأزرق في كل الاتجاهات. ينتشر في كل مكان في السماء. أيًا كان الاتجاه الذي تنظر إليه ، فإن بعضًا من هذا الضوء الأزرق المبعثر يصل إلى الراصد. نظرًا لأن الضوء الأزرق مرئي في كل مكان ، فإن السماء تبدو زرقاء.

إذا نظرت نحو الأفق ، سيكون لون السماء شاحبًا. هذا هو نتيجة حقيقة أن الضوء يقطع مسافة أكبر في الغلاف الجوي للمراقب. يتشتت الضوء المتناثر مرة أخرى بواسطة الغلاف الجوي ويصل اللون الأزرق الأقل إلى عيون الراصد. لذلك ، فإن لون السماء بالقرب من الأفق يبدو شاحبًا أو أبيض تمامًا.

السماء السوداء والشمس البيضاء

من الأرض ، تظهر الشمس صفراء. إذا كنا في الفضاء أو على القمر ، فإن الشمس ستبدو لنا بيضاء. لا يوجد جو في الفضاء يبدد ضوء الشمس. على الأرض ، يمتص التشتت بعض الأطوال الموجية القصيرة لضوء الشمس (الأزرق والبنفسجي). يظهر باقي الطيف باللون الأصفر.

أيضًا ، في الفضاء ، تظهر السماء مظلمة أو سوداء بدلاً من اللون الأزرق. هذا نتيجة عدم وجود الغلاف الجوي ، وبالتالي لا يتشتت الضوء بأي شكل من الأشكال.

لماذا لون غروب الشمس أحمر؟

عندما تغرب الشمس ، يجب أن يسافر ضوء الشمس مسافة أكبر في الغلاف الجوي للوصول إلى الراصد ، لذلك ينعكس المزيد من ضوء الشمس ويتناثر بواسطة الغلاف الجوي. نظرًا لأن الضوء المباشر يصل إلى المراقب ، فإن الشمس تبدو أقل سطوعًا. يبدو أن لون الشمس مختلف أيضًا ، فلديها مجموعة من الألوان من البرتقالي إلى الأحمر. هذا يرجع إلى حقيقة أن المزيد من ألوان الموجات القصيرة والأزرق والأخضر منتشرة. تبقى فقط مكونات الطول الموجي الطويل من الطيف البصري ، والتي تصل إلى عيون الراصد.

يمكن أن تكون السماء حول غروب الشمس ملونة بشكل مختلف. أجمل السماء هي عندما يحتوي الهواء على العديد من الجزيئات الصغيرة من الغبار أو الماء. تعكس هذه الجسيمات الضوء في كل الاتجاهات. في هذه الحالة ، تنتشر موجات الضوء الأقصر. يرى الراصد أشعة الضوء ذات الأطوال الموجية الأطول ، وبالتالي تظهر السماء باللون الأحمر أو الوردي أو البرتقالي.

تعلم المزيد عن الغلاف الجوي

ما هو الغلاف الجوي؟

الغلاف الجوي عبارة عن مزيج من الغازات والمواد الأخرى التي تحيط بالأرض ، في شكل قشرة رقيقة ، معظمها شفافة. الغلاف الجوي مثبت في مكانه بفعل جاذبية الأرض. المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (78.09٪) والأكسجين (20.95٪) والأرجون (0.93٪) وثاني أكسيد الكربون (0.03٪). يحتوي الغلاف الجوي أيضًا على كميات صغيرة من الماء (يتراوح تركيزه في أماكن مختلفة من 0٪ إلى 4٪) ، والجسيمات ، وغازات النيون ، والهيليوم ، والميثان ، والهيدروجين ، والكريبتون ، والأوزون ، والزينون. العلم الذي يدرس الغلاف الجوي يسمى علم الأرصاد الجوية.

لن تكون الحياة على الأرض ممكنة بدون الغلاف الجوي الذي يمدنا بالأكسجين الذي نحتاجه للتنفس. بالإضافة إلى ذلك ، للغلاف الجوي وظيفة أخرى مهمة - فهو يوازن درجة الحرارة عبر الكوكب. إذا لم يكن هناك غلاف جوي ، فقد تكون هناك حرارة شديدة في بعض الأماكن من الكوكب ، وفي أماكن أخرى يمكن أن يكون الجو شديد البرودة ، ويمكن أن يتقلب نطاق درجة الحرارة من -170 درجة مئوية في الليل إلى + 120 درجة مئوية خلال النهار . كما يحمينا الغلاف الجوي من الأشعة الضارة للشمس والفضاء ، حيث يمتصها ويشتتها.

من إجمالي كمية الطاقة القادمة من الشمس التي تصل إلى الأرض ، تنعكس الغيوم حوالي 30٪ ويعود سطح الأرض إلى الفضاء. يمتص الغلاف الجوي حوالي 19٪ من إشعاع الشمس ، و 51٪ فقط يمتصها سطح الأرض.

الهواء له وزن بالرغم من عدم علمنا به ولا نشعر بضغط عمود الهواء. عند مستوى سطح البحر ، يكون هذا الضغط عبارة عن جو واحد ، أو 760 ملم زئبق (1013 مليبار أو 101.3 كيلو باسكال). مع زيادة الارتفاع ، ينخفض ​​الضغط الجوي بسرعة. ينخفض ​​الضغط بمعامل 10 مع زيادة الارتفاع لكل 16 كم. هذا يعني أنه عند ضغط 1 جوي عند مستوى سطح البحر ، على ارتفاع 16 كم ، سيكون الضغط 0.1 ضغط جوي ، وعلى ارتفاع 32 كم - 0.01 ضغط جوي.

كثافة الغلاف الجوي في طبقاته الدنيا 1.2 كجم / م 3. يحتوي كل سنتيمتر مكعب من الهواء على ما يقرب من 2.7 * 10 19 جزيء. على مستوى الأرض ، يتحرك كل جزيء بسرعة حوالي 1600 كم / ساعة ، بينما يبلغ تكرار الاصطدام مع الجزيئات الأخرى 5 مليارات مرة في الثانية.

تنخفض كثافة الهواء أيضًا بسرعة مع زيادة الارتفاع. على ارتفاع 3 كم ، تنخفض كثافة الهواء بنسبة 30٪. يعاني الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من مستوى سطح البحر من مشاكل تنفس مؤقتة عندما يرتقون إلى هذا الارتفاع. أعلى ارتفاع يعيش فيه الناس بشكل دائم هو 4 كم.

هيكل الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي من طبقات مختلفة ، ويحدث الفصل إلى هذه الطبقات وفقًا لدرجة حرارتها وتركيبها الجزيئي وخصائصها الكهربائية. لا تحتوي هذه الطبقات على حدود واضحة ، فهي تتغير بشكل موسمي ، بالإضافة إلى أن معلماتها تتغير عند خطوط العرض المختلفة.

تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات حسب تركيبها الجزيئي

Homosphere

• أقل من 100 كم بما في ذلك تروبوسفير وستراتوسفير ومنطقة الميزوبوز.
• تشكل 99٪ من كتلة الغلاف الجوي.
• لا يتم تصنيف الجزيئات حسب الوزن الجزيئي.
• التركيبة موحدة إلى حد ما ، باستثناء بعض الحالات الشاذة المحلية الصغيرة. يتم الحفاظ على التوحيد عن طريق الخلط المستمر والاضطراب والانتشار المضطرب.
• الماء هو أحد عنصرين غير متساويين في التوزيع. عندما يرتفع بخار الماء إلى أعلى ، يبرد ويتكثف ، ثم يعود إلى الأرض في شكل هطول - ثلج ومطر. طبقة الستراتوسفير نفسها جافة جدًا.
• الأوزون هو جزيء آخر موزع بشكل غير متساو. (اقرأ عن طبقة الأوزون في الستراتوسفير أدناه.)

مغاير

• يمتد فوق الغلاف المتجانس ، بما في ذلك الغلاف الجوي والغلاف الجوي.
• يعتمد فصل الجزيئات في هذه الطبقة على أوزانها الجزيئية. تتركز الجزيئات الأثقل مثل النيتروجين والأكسجين في الجزء السفلي من الطبقة. تسود الأخف وزناً ، الهيليوم والهيدروجين ، في الجزء العلوي من الغلاف الجوي.

تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات حسب خصائصها الكهربائية.

جو محايد

• أقل من 100 كم.

الأيونوسفير

• فوق حوالي 100 كم.
• يحتوي على جزيئات مشحونة كهربائيًا (أيونات) ناتجة عن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية
• درجة التأين تتغير مع الارتفاع.
• تعكس الطبقات المختلفة موجات الراديو الطويلة والقصيرة. يسمح هذا للإشارات الراديوية التي تنتقل في خط مستقيم بالانحناء حول السطح الكروي للأرض.
• تحدث الشفق القطبي في طبقات الغلاف الجوي هذه.
• الغلاف المغناطيسيهو الجزء العلوي من طبقة الأيونوسفير ، ويمتد إلى حوالي 70000 كيلومتر ، ويعتمد هذا الارتفاع على شدة الرياح الشمسية. يحمينا الغلاف المغناطيسي من الجسيمات المشحونة ذات الطاقة العالية للرياح الشمسية عن طريق إبقائها في المجال المغناطيسي للأرض.

تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات حسب درجات حرارتها

ارتفاع الحد العلوي التروبوسفيريعتمد على المواسم وخط العرض. يمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع حوالي 16 كم عند خط الاستواء ، ويصل ارتفاعه إلى 9 كيلومترات في القطبين الشمالي والجنوبي.

• البادئة "Tropo" تعني التغييرات. تحدث التغييرات في بارامترات التروبوسفير بسبب الأحوال الجوية - على سبيل المثال ، بسبب حركة جبهات الغلاف الجوي.
• مع زيادة الارتفاع ، تنخفض درجة الحرارة. يرتفع الهواء الدافئ ثم يبرد وينزل إلى الأرض. تسمى هذه العملية بالحمل الحراري ، وهي تحدث نتيجة حركة الكتل الهوائية. تهب الرياح في هذه الطبقة عموديًا في الغالب.
• تحتوي هذه الطبقة على جزيئات أكثر من كل الطبقات الأخرى مجتمعة.

الستراتوسفير- تمتد من حوالي 11 كم إلى 50 كم.

• لديه طبقة رقيقة جدا من الهواء.
• البادئة "strato" تشير إلى الطبقات أو التقسيم إلى طبقات.
• الجزء السفلي من الستراتوسفير هادئ تمامًا. غالبًا ما تطير الطائرات النفاثة في الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير للالتفاف حول سوء الأحوال الجوية في التروبوسفير.
• تهب رياح قوية في الجزء العلوي من طبقة الستراتوسفير ، تُعرف بالتيارات النفاثة على ارتفاعات عالية. ينفخون أفقيًا بسرعات تصل إلى 480 كم / ساعة.
• يحتوي الستراتوسفير على "طبقة أوزون" تقع على ارتفاع حوالي 12 إلى 50 كم (حسب خط العرض). على الرغم من أن تركيز الأوزون في هذه الطبقة هو 8 مل / م 3 فقط ، إلا أنه يمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة للشمس بشكل فعال للغاية ، وبالتالي يحمي الحياة على الأرض. يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين. تحتوي جزيئات الأكسجين التي نتنفسها على ذرتين من الأكسجين.
• طبقة الستراتوسفير شديدة البرودة ، مع درجات حرارة تصل إلى حوالي -55 درجة مئوية في الأسفل وتزداد مع الارتفاع. ترتبط الزيادة في درجة الحرارة بامتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة الأكسجين والأوزون.

الميزوسفير- يمتد على ارتفاعات حوالي 100 كم.

• مع زيادة الارتفاع ، ترتفع درجة الحرارة بسرعة.

ثيرموسفير- يمتد على ارتفاعات حوالي 400 كم.

• مع زيادة الارتفاع ، ترتفع درجة الحرارة بسرعة بسبب امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير جدًا.
• تبدأ النيازك ، أو "الشهاب" ، بالاحتراق على ارتفاعات تتراوح بين 110 و 130 كم فوق سطح الأرض.

إكزوسفير- يمتد مئات الكيلومترات إلى ما بعد الغلاف الجوي ، ويمر تدريجياً إلى الفضاء الخارجي.

• كثافة الهواء هنا منخفضة جدًا لدرجة أن استخدام مفهوم درجة الحرارة يفقد كل معناه.
• عندما تصطدم الجزيئات ببعضها ، فإنها غالبًا ما تطير في الفضاء.

لم السماء زرقاء؟

الضوء المرئي هو شكل من أشكال الطاقة التي يمكن أن تنتقل عبر الفضاء. يظهر ضوء الشمس أو المصباح المتوهج باللون الأبيض بينما هو في الواقع مزيج من جميع الألوان. الألوان الأساسية التي يتكون منها الأبيض هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والسماوي والأزرق والأرجواني. تتغير هذه الألوان باستمرار من واحدة إلى أخرى ، لذلك ، بالإضافة إلى الألوان الأساسية ، هناك أيضًا عدد كبير من جميع أنواع الظلال. يمكن ملاحظة كل هذه الألوان والظلال في السماء على شكل قوس قزح يحدث في منطقة ذات رطوبة عالية.

الهواء الذي يملأ السماء بأكملها عبارة عن مزيج من جزيئات الغاز الصغيرة والجسيمات الصلبة الصغيرة مثل الغبار.

عندما يمر ضوء الشمس عبر الهواء ، فإنه يصطدم بالجزيئات والغبار. عندما يصطدم الضوء بجزيئات الغاز ، يمكن أن ينعكس الضوء في اتجاهات مختلفة. تصل بعض الألوان ، مثل الأحمر والبرتقالي ، إلى المراقب مباشرة عن طريق المرور مباشرة عبر الهواء. لكن معظم الضوء الأزرق يرتد عن جزيئات الهواء في جميع الاتجاهات. وهكذا ، يتناثر الضوء الأزرق في جميع أنحاء السماء ويظهر باللون الأزرق.

عندما ننظر لأعلى ، يصل بعض هذا الضوء الأزرق إلى أعيننا من جميع أركان السماء. نظرًا لأنه يمكننا رؤية اللون الأزرق في جميع أنحاء رؤوسنا ، فإن السماء تبدو زرقاء.

لا يوجد هواء في الفضاء الخارجي. نظرًا لعدم وجود عوائق يمكن أن ينعكس الضوء منها ، ينتشر الضوء مباشرةً. لا تتناثر أشعة الضوء ، وتبدو "السماء" مظلمة وسوداء.

تجارب مع الضوء

التجربة الأولى هي تحلل الضوء إلى طيف

لإجراء هذه التجربة ، ستحتاج إلى:

• مرآة صغيرة ، قطعة من الورق الأبيض أو الورق المقوى ، الماء ؛
• وعاء كبير ضحل مثل كفيت أو وعاء أو علبة آيس كريم بلاستيكية ؛
• طقس مشمس ونافذة تطل على الجانب المشمس.

كيفية التجربة:

1. املأ كفيت أو وعاء 2/3 بالماء وضعه على الأرض أو الطاولة حتى يصل ضوء الشمس المباشر إلى الماء. وجود ضوء الشمس المباشر أمر حتمي لإجراء التجارب الصحيحة.
2. ضع المرآة تحت الماء حتى تسقط عليها أشعة الشمس. أمسك قطعة من الورق فوق المرآة بحيث تصطدم أشعة الشمس المنعكسة من المرآة بالورقة ، واضبط موضعها النسبي إذا لزم الأمر. لاحظ طيف الألوان على الورق.

ماذا يحدث: يتصرف الماء والمرآة مثل المنشور ، حيث يقسمان الضوء إلى طيف لوني. وذلك لأن أشعة الضوء التي تمر من وسط (هواء) إلى آخر (ماء) تغير سرعتها واتجاهها. هذه الظاهرة تسمى الانكسار. تنكسر الألوان المختلفة بطرق مختلفة ، وتكون الأشعة البنفسجية أكثر تثبيطًا وتغير اتجاهها بشكل أكبر. تتباطأ الأشعة الحمراء وتغير اتجاهها إلى حد أقل. ينقسم الضوء إلى الألوان المكونة له ويمكننا رؤية الطيف.

التجربة الثانية - نمذجة السماء في وعاء زجاجي

المواد المطلوبة للتجربة:

• زجاج طويل شفاف أو جرة بلاستيكية أو زجاجية شفافة ؛
• ماء ، حليب ، ملعقة صغيرة ، مصباح يدوي.
• غرفة مظلمة

تجربة:

1. املأ كوبًا أو برطمانًا 2/3 بالماء ، حوالي 300-400 مل.
2. يُضاف من 0.5 إلى ملعقة واحدة من الحليب إلى الماء ، ويُرج المزيج.
3. خذ كأسًا ومصباحًا يدويًا ، وانتقل إلى غرفة مظلمة.
4. أمسك المصباح فوق كوب من الماء ووجه شعاعًا من الضوء على سطح الماء ، وانظر إلى الزجاج من الجانب. في هذه الحالة ، سيكون للماء لون مزرق. الآن وجه المصباح إلى جانب الزجاج ، وانظر إلى شعاع الضوء من الجانب الآخر من الزجاج ، بحيث ينتقل الضوء عبر الماء. سيعطي هذا الماء لونًا ضارب إلى الحمرة. ضع مصباحًا يدويًا تحت كوب ووجه شعاع الضوء لأعلى ، بينما تنظر إلى الماء من الأعلى. سيجعل هذا اللون المحمر في الماء يبدو أكثر تشبعًا.

ماذا يحدث في هذه التجربة: جزيئات الحليب الصغيرة العالقة في الماء تشتت الضوء القادم من مصباح يدوي ، تمامًا مثل الجزيئات والجزيئات في الهواء التي تبدد ضوء الشمس. عندما يضيء الزجاج من الأعلى ، يبدو الماء مائلاً للزرقة بسبب تناثر اللون الأزرق في كل الاتجاهات. عندما تنظر مباشرة إلى الضوء من خلال الماء ، يظهر الضوء باللون الأحمر حيث تمت إزالة بعض الأشعة الزرقاء بسبب تشتت الضوء.

التجربة الثالثة - مزج الألوان

سوف تحتاج:

• قلم رصاص ، مقص ، كرتون أبيض أو قطعة من ورق Whatman ؛
• أقلام ملونة أو علامات ، مسطرة ؛
• قدح أو فنجان كبير بقطر 7 ... 10 سم في الأعلى أو الورنية ذات الورنية.
• كوب ورقي.

كيفية التجربة:

1. إذا لم يكن لديك فرجار ، فاستخدم الكوب كقالب لرسم دائرة على قطعة من الورق المقوى ، اقطع هذه الدائرة. باستخدام المسطرة ، قسّم الدائرة إلى 7 قطاعات متساوية تقريبًا.
2. قم بتلوين هذه القطاعات السبعة بألوان الطيف الرئيسي - الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والسماوي والأزرق والبنفسجي. حاول تلوين القرص بدقة وبشكل متساو قدر الإمكان.
3. قم بعمل ثقب في منتصف القرص وضع القرص على قلم رصاص.
4. قم بعمل ثقب في قاع الكوب الورقي ، مما يجعل الفتحة أكبر قليلاً من القلم الرصاص. اقلب الزجاج رأسًا على عقب وقم بإدخال قلم رصاص بداخله قرص حتى يستقر الرصاص بالقلم الرصاص على المنضدة ، اضبط موضع القرص على القلم الرصاص بحيث لا يلمس القرص أسفل الزجاج ويكون فوقه عند ارتفاع 0.5 ... 1.5 سم.
5. قم بفك القلم بسرعة وانظر إلى قرص الغزل ، ولاحظ لونه. إذا لزم الأمر ، اضبط القرص والقلم الرصاص بحيث يمكن تدويرهما بسهولة.

شرح الظاهرة المرصودة: الألوان المستخدمة لتلوين القطاعات الموجودة على القرص هي المكونات الرئيسية لألوان الضوء الأبيض. عندما يدور القرص بسرعة كافية ، تظهر الألوان مدمجة ويظهر القرص باللون الأبيض. جرب تجربة تركيبات الألوان الأخرى.

Quoted1 >> لماذا الشمس حمراء

لماذا تتحول الشمس إلى اللون الأحمر عند غروب الشمس: رسم تخطيطي لحركة نجم عبر سماء الأرض ، وملامح الغلاف الجوي للكوكب وانكسار الضوء ، والنهاية الحمراء للطيف.

لماذا الشمس حمراء؟ سؤال رائع. بعد كل شيء ، يمكننا أن نلاحظ أنه غالبًا عند غروب الشمس تتحول الشمس إلى اللون الأحمر ، مما يؤدي إلى تلوين السماء بظلال دموية. كيف يحدث هذا ولماذا بالضبط أحمر؟ أبسط إجابة هي أن الضوء ينكسر بواسطة جسيمات في الغلاف الجوي وكل ما نراه هو النهاية الحمراء للطيف. لفهم أفضل ، يجب أن يكون لديك فهم أساسي لكيفية تصرف الضوء في الهواء ، وتكوين الغلاف الجوي ، ولون الضوء ، وأطوال الموجات ، وتشتت رايلي.

يعد الغلاف الجوي أحد العوامل الرئيسية في تحديد لون غروب الشمس. يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل أساسي من غازات مع إضافة جزيئات أخرى. هذا يؤثر على ما يمكن رؤيته في كل اتجاه ، حيث أن الغلاف الجوي يحيط بالأرض بالكامل. أكثر الغازات شيوعًا هي النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). النسبة المئوية المتبقية هي غازات ضئيلة مثل الأرجون وبخار الماء ، ومواد صلبة أكثر نعومة مثل الغبار والسخام والرماد وحبوب اللقاح والملح من المحيطات. قد يكون هناك المزيد من المياه في الغلاف الجوي بعد هطول الأمطار أو بالقرب من المحيط. يمكن للبراكين أن تلقي بالعديد من جزيئات الغبار في الغلاف الجوي. يمكن أن يضيف التلوث مجموعة متنوعة من الغازات والغبار والسخام.

بعد ذلك ، يجب أن تنظر إلى موجات الضوء ولون الضوء. الضوء هو الطاقة التي تنتقل في شكل موجات. الضوء عبارة عن موجة من المجالات الكهربائية والمغناطيسية المهتزة والتي تعتبر جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء بسرعة الضوء (299.792 كم / ثانية). تعتمد طاقة الانبعاث على الطول الموجي والتردد.

طول الموجة هو الفجوة بين قمم الأمواج. التردد هو عدد الموجات التي تمر كل ثانية. فكلما زاد الطول الموجي للضوء ، قل التردد وقلت الطاقة التي يحتويها. الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي نراه. قد يظهر الضوء من المصباح إما باللون الأبيض ، ومع ذلك ، فهو مزيج من العديد من الألوان. قوس قزح هو تأثير موشور طبيعي. يتم دمج نغمات الطيف مع بعضها البعض ، ولها أطوال موجية وترددات وطاقات مختلفة. يمتلك اللون الأرجواني أقصر طول موجي ، مما يعني أنه يحتوي على التردد والطاقة الأكثر أهمية. يحتوي اللون الأحمر على أطول أطوال موجية وأقل تردد وطاقة.

من أجل تجميعها جميعًا ، يجب أن ننظر إلى حركة الضوء في هواء كوكبنا. يعتمد ما يحدث للضوء على الطول الموجي للضوء وحجم الجسيمات. جزيئات الغبار وقطرات الماء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي ، لذلك يرتد في اتجاهات مختلفة. يظهر الضوء الذي ينعكس أبيض اللون لأنه لا يزال يحتوي على نفس الألوان ، لكن جزيئات الغاز أصغر من الطول الموجي للضوء المرئي. عندما يضربهم الضوء ، فإنه يعمل بطرق مختلفة. بعد أن يدخل جزيء الغاز إلى الضوء ، يمكن امتصاص جزء منه. لاحقًا ، يُصدر الجزيء الضوء في اتجاه مختلف. اللون المنبعث هو نفس اللون الذي تم امتصاصه. الألوان المختلفة للضوء لها تأثيرات مختلفة. يمكن امتصاص كل الألوان ، ولكن يتم امتصاص الترددات الأعلى (الأزرق) أكثر من الترددات المنخفضة (الأحمر). تسمى هذه العملية تشتت رايلي.

إذن ، الجواب على السؤال "لماذا الشمس حمراء؟" بعد ذلك: عند غروب الشمس ، يجب أن ينتقل الضوء أكثر عبر الغلاف الجوي قبل أن يصل إليك ، لذلك ينعكس ويتشتت أكثر ، وتخرج الشمس من الغموض. يتغير لون الشمس من البرتقالي إلى الأحمر لأن هناك المزيد من موجات الأزرق والأخضر متناثرة الآن ولا تُرى سوى الأمواج الطويلة (البرتقالية والحمراء).



يعلم الجميع أنه اعتمادًا على النقطة السماوية التي نلاحظ فيها الشمس ، يمكن أن يختلف لونها اختلافًا كبيرًا.

على سبيل المثال ، يكون أبيض عند ذروته ، وعند غروب الشمس يكون أحمر ، وأحيانًا قرمزي. في الواقع ، هذا مجرد مظهر - ليس لون نجمنا هو الذي يتغير ، ولكن تصورها عين الانسان... لماذا يحدث هذا؟

الطيف الشمسي عبارة عن مزيج من سبعة ألوان أساسية - تذكر قوس قزح والقول الشهير عن الصياد والدراج ، والذي يتم بمساعدته تحديد تسلسل الألوان: الأحمر والأصفر والأخضر وما إلى ذلك إلى اللون الأرجواني.

ولكن في جو مليء بأنواع مختلفة من معلقات الهباء الجوي (بخار الماء وجزيئات الغبار) ، ينتشر كل لون بشكل مختلف. على سبيل المثال ، مبعثر اللون البنفسجي والأزرق أفضل ، والمبعثر الأحمر أسوأ. هذه الظاهرة تسمى تشتت ضوء الشمس.

والسبب هو أن اللون هو في الأساس موجة كهرومغناطيسية بطول معين. وفقًا لذلك ، فإن الموجات المختلفة لها أطوال موجية مختلفة. والعين تدركها حسب سماكة هواء الغلاف الجوي الذي يفصلها عن مصدر الضوء أي الشمس.

في ذروته ، يبدو أبيض ، لأن أشعة الشمس تسقط على سطح الأرض بزاوية قائمة (بطبيعة الحال ، مكان السطح الذي يوجد فيه الراصد) ، وسمك الهواء ، مما يؤثر على انكسار الضوء ، صغير نسبيًا. من ناحية أخرى ، يبدو أن الشخص الأبيض عبارة عن مزيج من جميع الألوان في وقت واحد.

بالمناسبة ، يُنظر إلى السماء أيضًا على أنها زرقاء بسبب تشتت الضوء: نظرًا لأن الألوان الزرقاء والبنفسجية والسماوية ، ذات الأطوال الموجية الأقصر ، تنتشر في الغلاف الجوي بشكل أسرع بكثير من بقية الطيف. أي مرور الأشعة الحمراء والأصفر والأشعة الأخرى بموجات أطول ، وتنتشر جزيئات الماء والغبار في نفسها أشعة زرقاء ، مما يعطي السماء لونها.

كلما ابتعدت الشمس عن مسارها النهاري المعتاد ونزلت إلى الأفق ، كلما أصبحت طبقة الغلاف الجوي أكثر سمكًا ، والتي يجب أن تمر من خلالها أشعة الشمس ، وتشتت أكثر. الأكثر مقاومة للتشتت هو اللون الأحمر ، لأنه يحتوي على أطول موجة موجية. لذلك ، يُنظر إليه فقط من خلال عيون المراقب الذي ينظر إلى غروب الشمس. تنتشر ألوان الطيف الشمسي المتبقية تمامًا ويتم امتصاصها بواسطة الهباء الجوي المعلق في الغلاف الجوي.

نتيجة لذلك ، هناك اعتماد مباشر لتشتت الأشعة الطيفية على سماكة هواء الغلاف الجوي وكثافة المادة المعلقة التي يحتوي عليها. يمكن ملاحظة الدليل الواضح على ذلك من خلال الانبعاثات العالمية في الغلاف الجوي للمواد الأكثر كثافة من الهواء ، مثل الغبار البركاني.

لذلك ، بعد عام 1883 ، عندما حدث الانفجار الشهير لبركان كراكاتوا ، لفترة طويلة في أماكن مختلفة من الكوكب يمكن للمرء أن يرى غروب الشمس الأحمر ذو السطوع الاستثنائي.