Солнечный свет кажется белым, а небо днём голубое. На закате же Солнце становится оранжевым, а горизонт краснеет. Это не разные явления, а одно и то же, просто увиденное под разными углами. Объяснение называется рэлеевским рассеянием.
Ещё Ньютон показал с помощью призмы, что белый свет состоит из всех цветов радуги. Каждому цвету соответствует своя длина волны: у фиолетового и синего она около 400–450 нанометров, у красного — около 700.
Атмосфера состоит в основном из молекул азота и кислорода. Они гораздо меньше длины световой волны. Когда свет проходит через воздух, молекулы поглощают и переизлучают его во все стороны — рассеивают.
Ключевое свойство такого рассеяния: его сила обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны. Длина волны синего света примерно в полтора раза меньше, чем у красного, а рассеивается он почти в 5–6 раз сильнее.
Днём солнечные лучи идут через атмосферу сверху. Синяя часть спектра активно рассеивается молекулами и приходит к нам со всех сторон небосвода. Куда бы мы ни посмотрели, в глаз попадает рассеянный синий свет — небо выглядит голубым.
Логичный вопрос: фиолетовый рассеивается ещё сильнее, почему небо не фиолетовое? Причин несколько:
Когда Солнце у горизонта, его лучи идут через атмосферу не вертикально, а по касательной. Путь в воздухе становится в десятки раз длиннее. По дороге почти весь синий свет успевает рассеяться в стороны, и до наблюдателя доходят в основном длинные волны — жёлтые, оранжевые, красные.
Именно поэтому Солнце на закате оранжевое, а облака подсвечиваются красным снизу. Пыль, дым и капли воды в воздухе усиливают эффект: после извержений вулканов закаты бывают особенно яркими.
На Луне атмосферы нет, рассеивать свет нечему, и небо там чёрное даже днём. На Марсе атмосфера разреженная, но в ней много мелкой пыли: днём небо желтовато-рыжее, а закаты — голубоватые. Пылинки марсианской атмосферы рассеивают свет иначе, чем молекулы газа, и картина получается почти противоположной земной.
Голубое небо и красный закат объясняются одним законом: короткие волны рассеиваются в воздухе сильнее длинных. Днём мы видим рассеянный синий свет, а вечером — то, что от солнечного луча осталось после долгого пути через атмосферу.