Чому небо блакитне днем?
З давніх-давен люди намагалися відповісти на питання, чому небо блакитне. У спробах пояснення цього феномена було висунуто чимало гіпотез, часом забавних для нашого сучасного сприйняття. Наприклад, стародавні греки пов'язували колір неба з кольором найчистішого гірського кришталю, з якого, нібито, був зроблений небосхил. За часів Гете вважалося, що синюватим небо стає внаслідок змішування світла і темряви. А Леонардо да Вінчі в шістнадцятому столітті був упевнений, що блакить білий повітря набуває на тлі темного світового простору. Л. Ейлер же в 1762 році висунув теорію, що самі частинки повітря мають блакитний відтінок, тому в масі своїй дають насичений блакитний колір.
Правильний же відповідь на питання, чому небо блакитне, було дано тільки в другій половині 19 століття в 1871 році англійським фізиком Релєєм. Відповідно до теорії Релея світло розсіюється на молекулах повітря. Причому інтенсивність розсіювання кольорових променів, з яких складається сонячне світло, не однакова, а обернено пропорційна довжині хвилі світла, яка була зведена в четверту ступінь. Тобто простіше кажучи, чим коротше довжина хвилі світла, тим інтенсивніше вона забарвлює атмосферу. Наприклад, довжина хвилі червоних променів сонця дорівнює 0,8 мкм, а фіолетових в два рази коротше - 0,4 мкм. Тому фіолетових променів буде в 16 разів більше, ніж червоних. Решта кольорові промені видимого спектру розсіюються по тій же схемі. А в розсіяному вже вигляді, змішавшись між собою, промені дають блакитний небесний колір. Здавалося б, відповідь на питання про колір неба знайдений.
Чому небо іноді не блакитне, а біле?
Однак не завжди небо над нами чисто-блакитне, буває воно і білястим, і сіруватим, і матово-жовтим. Справа в тому, що атмосфера Землі складається не тільки з молекул газів. Навіть в самому чистому повітрі високо в горах завжди присутні найдрібніші частинки пилу, диму, крапель води і ін. Розмір цих часток настільки малий, що вони практично ніколи не опускаються на поверхню землі. Будь-який рух повітря вгору забирає їх з собою. Таким чином, над землею завжди ширяє як би мережу з дрібних крапельок води і частинок пилу, звана атмосферним аерозолем. Аерозоль також відіграє величезну роль в розсіянні сонячного світла в атмосфері.
Вивченням характеру цього розсіювання зайнявся німецький фізик Г. Мі (1908). Він побудував теорію розсіювання світла на частинках довільного розміру. Згідно з його теорією інтенсивність розсіювання залежить від ставлення радіуса частки (a) до довжини хвилі (l) і складу речовини. При малих розмірах частинок (a / l<1) свет рассеивается по теории Рэлея, при увеличении же размеров частиц (a/l>1) промені світла розсіюються з однаковою інтенсивністю. Ось чому хмари білого кольору - вони складаються з крапель води, радіус яких набагато більше довжини будь-хвилі видимого світла. З цієї ж причини мають білуватий вигляд і сильно забруднене повітря або повітря, насичене вологою.
Ось ми і відповіли на питання, чому небо блакитне. Тепер дамо відповідь на наступне питання: чому небо червоне під час заходу (світанку).
Чому небо на заході червоне?
Так чому ж передзахідне небо стає червоним, якщо вірна вищеописана теорія Релея? А тому, що промені сонця на заході проходять набагато більший шлях в атмосфері. Короткі хвилі розсіюються ще на початку шляху, а до нас доходять тільки довгі хвилі сонячного світла, тобто червоні, помаранчеві та жовті. Вони-то і розфарбовують небо у всілякі теплі тони.
Небо іноді буває і зеленого кольору.
Іноді, дуже рідко, західне небо може на хвилину спалахнути зеленим світлом. Це відбувається, коли сонце знаходиться вже за лінією горизонту і випускаються їм червоні і жовті промені проходять вище спостерігача, а ось зелені промені, що володіють меншою довжиною і тому відхилені сильніше, можуть бути ще видно. Однак, дане оптичне явище може виникнути тільки за певних умов. По-перше, повітря повинне бути кришталево чистий, не замутнен ні пилом, ні водяними краплями. По-друге, лінія горизонту повинна бути дуже далеко, за сотні кілометрів. Більшість зелених променів, які доводилося спостерігати, спалахували в море всього лише на мить. У моряків навіть існує повір'я, що зелений промінь віщує який побачив його щасливе життя.