Голубая точка. Космическое будущее человечества

Естественно, цвет дневного неба – вся эта синева – как-то связан с атмосферой. Но если вы посмотрите на человека, сидящего за столом напротив вас, он (скорее всего) не покажется вам синеватым. Соответственно, цвет неба возникает не просто в силу наличия воздуха, а из-за того, что атмосфера очень мощная. Если присмотреться к Земле из космоса, то можно различить, что она окружена тонкой голубой лентой, по толщине примерно такой, как нижние слои атмосферы. Действительно, это и есть нижняя часть атмосферы. Выше этой зоны заметно, как голубое небо постепенно сменяется черным космосом. Именно в этой переходной зоне впервые оказался Симонс, ее же первым наблюдал сверху Гагарин. Обычный космический полет начинается в нижней голубой части атмосферы, эта зона преодолевается в течение нескольких минут после старта. Затем вы оказываетесь в беспредельном пространстве, где нельзя даже сделать вдох без помощи сложной системы жизнеобеспечения. Человеческая жизнь напрямую зависит от существования этого голубого неба. Мы вправе считать его ласковым и священным.

Днем небо кажется нам голубым, поскольку солнечный свет рассеивается в воздухе вокруг нас и над нами. В безоблачную ночь небо черное, так как отсутствует достаточно интенсивный источник света и рассеиваться нечему. Почему-то в воздухе рассеивается преимущественно голубой свет. В чем дело?

Видимый свет, прилетающий от Солнца, окрашен в разные цвета – фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый – в зависимости от длины световой волны. (Длина волны – это расстояние между ее соседними гребнями во время перемещения волны по воздуху или по космосу.) Фиолетовые и синие волны самые короткие, оранжевые и красные – самые длинные. Мы различаем цвета в зависимости от того, как именно наши глаза и мозг воспринимают свет с разной длиной волны. Мы с тем же успехом могли бы слышать волны света как звуки разной высоты, но наши органы чувств развивались иначе.

Если смешать вместе все цвета радуги, как в солнечном свете, то получится почти белый оттенок. Эти волны все вместе за восемь минут преодолевают 150 млн км пространства, отделяющих Землю от Солнца. Попадают в земную атмосферу, состоящую в основном из молекул азота и кислорода. Некоторые волны отражаются обратно в космос. Другие отскакивают от молекулы к молекуле, и в это время их можно увидеть. Кроме того, некоторые волны отражаются в космос от облаков и поверхности Земли. Подобное отскакивание волн света в атмосфере и называется «рассеяние».

Но молекулы воздуха по-разному рассеивают свет в зависимости от длины волны. Если длина волны больше, чем размер молекулы, то такие волны рассеиваются хуже; они обтекают молекулы, практически «не замечая» их. Те волны, длина которых сопоставима с поперечником молекулы, рассеиваются сильнее. Кроме того, волнам сложно обтекать препятствия, сравнимые с ними по размеру. Вспомните, как расходятся морские волны от свай пирса или волны в ванне от резиновой уточки. Короткие волны света, которые мы воспринимаем как синие и фиолетовые, рассеиваются эффективнее, чем более длинные – красный и оранжевый свет. Когда в безоблачный день мы смотрим в ясное небо и восхищаемся его синевой, мы убеждаемся, что в воздухе рассеиваются преимущественно короткие волны солнечного света. Это явление называется «рэлеевское рассеяние» – в честь английского физика, который впервые дал ему правильное объяснение. Сигаретный дым имеет голубой оттенок по той же причине: частицы, из которых он состоит, в поперечнике сопоставимы с длиной волны голубого света.

Итак, почему же закат красный? Дело в том, что, когда вся синяя часть спектра рассеется в воздухе, от солнечного света остается именно красная составляющая. Поскольку атмосфера – это тонкая газовая оболочка, окутывающая твердый земной шар и удерживаемая его гравитацией, солнечный свет на закате (или на восходе) должен пройти по более длинной наклонной траектории, чем в полдень. Поскольку фиолетовые и синие волны рассеиваются еще активнее, когда этот путь увеличивается (по сравнению с полуднем, когда солнце у нас над головой), мы, глядя на закатное солнце, видим остаток спектра – те волны, которые почти не рассеиваются, в частности, красные и оранжевые. В голубом небе получается красный закат. Полуденное солнце кажется желтоватым отчасти потому, что излучает желтый свет активнее, чем остальные цвета спектра, а также потому, что даже в полдень часть голубого света все-таки расcеивается в земной атмосфере.

Иногда говорят, что ученые не романтичны, что их стремление все разложить по полочкам лишает мир красоты и волшебства. Но разве не волнительно понимать, как именно устроен мир – знать, что белый свет состоит из всех цветов радуги, что воспринимаемые нами цвета соответствуют длинам волн, что прозрачный воздух отражает свет, что различные волны света отражаются по-разному и что небо голубое именно по той причине, по которой закат – красный? Солнечный закат не становится менее романтичным оттого, что мы знаем о нем чуть больше.