Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Часто море прямо под линией горизонта кажется либо более насыщенно-синим, либо более темно-серым, чем остальная поверхность моря или область неба непосредственно над горизонтом. В ясный день этот участок моря напоминает яркую синюю ленту. Синяя лента исчезает, если вы лежите на пляже или вскарабкались куда-то на возвышенность. Почему появляется эта синяя лента?

ОТВЕТ •Если смотреть на поверхность воды непосредственно под линией горизонта, то там обычно можно увидеть отражение неба на угловой высоте порядка 30° (см. задачу 6.150). Когда небо чистое, эта часть неба ярче, чем небо на горизонте, где оно обычно белое. Контраст между белым горизонтом и голубым отражением неба делает цвет неба насыщенно-синим. Если этот участок неба, отражающийся в воде, серый, лента тоже будет серой, но она по-прежнему будет контрастировать с белым горизонтом рядом. Синяя или серая лента исчезают, если вы лежите на пляже, поскольку набегающие волны не дают рассмотреть море в непосредственной близости к линии горизонта. Почему эти ленты исчезают, когда вы поднимаетесь достаточно высоко над пляжем, я тоже не совсем понимаю.

Почему в тропиках на закате солнце опускается за горизонт быстрее, чем в высоких широтах?

ОТВЕТ •Продолжительность сумерек [81] — время между началом заката и моментом, когда центр солнечного диска находится под определенным углом за горизонтом. Для гражданских сумерек этот угол равен 6°, навигационным сумеркам соответствуют углы от 6° до 12°, а астрономическим — от 12° до 18°. Как быстро центр солнечного диска проходит расстояние внутри данного угла, зависит от наклона наблюдаемой траектории движения солнца по небу относительно горизонта. В тропических широтах эта траектория почти вертикальна, так что солнце быстро проходит расстояние между двумя заданными положениями, что соответствует коротким сумеркам. В высоких широтах траектория солнца пересекается с горизонтом под малым углом. Поэтому между двумя заданными положениями солнце движется по наклонной траектории, и сумерки становятся длиннее.

Обычно конденсационный след, то есть след из конденсированного водяного пара за летящим самолетом, белый. Почему иногда он бывает разноцветным? Как может окрашенная часть конденсационного следа двигаться прямо позади самолета, притом что капли, из которых состоит конденсационный след, двигаются не так быстро?

ОТВЕТ •Когда образуются капли воды, растущие за счет поглощения воды из воздуха, в процессе роста они достигают определенного размера, при котором в результате дифракции (одного из типов рассеяния) на них происходит разложение солнечного света на цвета. Разложения на цвета не происходит, когда капли становятся слишком большими. Таким образом, на каком-то расстоянии позади самолета может быть такое место, где растущие капли обеспечивают появление разноцветного конденсационного следа. Ближе к самолету капли слишком маленькие, дальше от самолета — слишком большие.

Полярные стратосферные облака , их еще называют перламутровые облака , красиво окрашены в нежные цвета. Это редкое явление можно увидеть только в высоких широтах и только в сумеречные часы после захода солнца или перед рассветом. Время появления этих облаков указывает на то, что они формируются на большой высоте, где солнце все еще освещает их, тогда как снизу на земле уже темно. Обычно более низкие облака бывают цветными только по краям или оказавшись напротив солнца или луны. Но перламутровые облака светятся разными цветами, даже находясь на расстоянии 40° от солнца.

Почему перламутровые облака разноцветные? Если разложение на цвета происходит на каплях жидкой воды, то как капли могут существовать, когда на высоте этих облаков очень холодно (примерно –80°C)?

ОТВЕТ •Цвет перламутровых облаков объясняется рассеянием солнечного света крошечными капельками воды и сернокислотного аэрозоля в облаках. Крошечные капельки воды остаются жидкими вплоть до температуры –40°C. Но в присутствии триоксида серы они могут оставаться жидкими до более низких температур, которые бывают на высоте от 18 до 22 км, где формируются перламутровые облака. В перламутровом облаке капелька, постоянно поглощая воду, растет. Рано или поздно она замерзнет и перестанет разлагать солнечный свет на цвета. Считается, что такие замерзшие капли формируют белый хвост, отходящий от перламутрового облака.

Почему иногда через 15–40 минут после заката солнца, когда все краски вечернего неба уже угасли, на короткое время на западе, над тем местом, куда село солнце, появляется сумеречный фиолетовый свет ? Тот же механизм лежит в основе еще одного красно-фиолетового свечения, которое можно увидеть еще позже, даже через два часа после заката. Как может солнце освещать небо на западе, когда прошло уже столько времени после его захода?

ОТВЕТ •Сумеречный фиолетовый свет представляет собой комбинацию красного света, рассеянного в нижних слоях атмосферы, и синего света, рассеянного в верхних слоях атмосферы. Красная составляющая — это солнечный свет, огибающий искривленную поверхность Земли и рассеивающийся в плотных нижних слоях воздуха. Почти вся его синяя составляющая теряется из-за рассеяния на молекулах воздуха, и когда такой свет наконец рассеивается в направлении наблюдателя, он преимущественно красный. Синяя составляющая — это солнечный свет, проделавший долгий путь в верхних слоях атмосферы, в том числе в озоновом слое. На этом пути красная составляющая солнечного света почти полностью поглощается молекулами озона, и когда такой свет рассеивается в направлении наблюдателя, в нем доминирует синий свет. Таким образом, когда вы смотрите на небо над тем местом, где зашло солнце, комбинация красного и синего света воспринимается как фиолетовый цвет. В некоторых местах после захода солнца такой свет освещает вершины гор. Это называют отблеском солнца на вершинах гор, а метеорологи используют термин свечение Альп .

Второе, более позднее фиолетовое свечение в сумерках появляется редко. Его природа до сих пор не понятна. Возможно, оно объясняется рассеянием света на все еще освещаемых солнцем частицах в верхних слоях атмосферы. Такой разреженный слой частиц, образовавшихся из обломков комет и астероидов, захваченных Землей, имеется на высоте около 85 км.