Твиты о вселенной

1665. Чума в Лондоне. Ворота Кембриджа закрываются. Ньютон, 22 года, никому не известный, отправляется домой. Запертый там на 18 месяцев, он меняет лицо науки.

На протяжении своего «года чудес», когда он объясняет гравитацию, Ньютон озадачивается: почему звезды, видимые в телескоп, окаймляются радужными контурами?

В телескопе используют линзы — стеклянные диски, толщина которых изменяется. Ньютон исследует более простой вариант: треугольный клин с изменяющейся толщиной (призму).

Ньютон в Вульсторпе помещает призму на пути белого солнечного света, проходящего через щель в занавеске. Спроецировав выходящий из призмы луч на темную стену, он видит…

…разложение в «спектр», все цвета радуги: Красный (Red), Оранжевый (Orange), Желтый (Yellow), Зеленый (Green), Голубой (Blue), Синий (Indigo), Фиолетовый (Violet).

(Все знают этот акроним на русском языке: «Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан», а на английском это: «ROY G BIV» — персонаж комического романа Мартина Эмиса.)

Ньютон ставит вторую призму, повернув ее соответствующим образом на пути лучей, образующих спектр, и цвета чудесным образом собираются снова в луч белого света.

Ньютон приходит к правильному заключению: белый свет, приходящий от Солнца, фактически состоит из всех цветов радуги, которые собраны вместе.

То, что фактически делает стеклянная призма, отклоняя лучи разного цвета по-разному, приводит к разложению белого света на составляющие цвета.

Свет — волна (слишком маленькая, чтобы ее увидеть), и различным цветам соответствуют разные длины волн. Длина волны у красного света примерно вдвое больше, чем у фиолетового.

Радуга образуется капельками дождя, действующими как несметное число крошечных призм, разлагающих белый солнечный свет на составляющие цвета.

Задняя поверхность капельки действует как крошечное зеркало. Свет может вновь появиться после 1-го или 2-го отражения: часто возникают 2 радуги, 2-я с обратным порядком следования цветов.

Угол между входящим и выходящим световыми лучами 42° («угол радуги»). Для второй радуги этот угол равен 51°.

Радуга — это фактически окружность. Однако из-за горизонта мы видим только ее часть — полукруглую дугу.

Ньютон разгадал проблему цветов радуги, окаймляющей звезды, заменяя линзы зеркалами. Изобрел «отражающий» (зеркальный) телескоп. Гений!

2. Почему небо голубое?

Из того, что воздух явно прозрачен, далеко не очевидна причина того, что небо голубое!

Объяснение тому, почему небо синее, было найдено в конце XIX в. английским физиком лордом Рэлеем (лауреат Нобелевской премии по физике 1904).

Ключевой факт 1. Свет представляет собой волну, похожую на рябь на воде. Это совсем не очевидно, так как волна (длина волны света) слишком мала, чтобы ее увидеть.

Ключевой факт 2. Белый солнечный свет, как открыл Ньютон, состоит из всех цветов радуги: от фиолетового (наименьшая длина волны) до красного (самая большая длина волны).

Ключевой факт 3. Так устроено в природе, что молекулы кислорода/азота в воздухе такого размера, что отклоняют (рассеивают) синий свет гораздо сильнее, чем красный.

Следствие. При прохождении через воздух (атмосферу) белый солнечный свет преимущественно теряет (благодаря рассеиванию) голубой цвет. Создается диффузный голубой фон.

Когда Солнце находится у горизонта, оно становится красным, так как свет должен пройти большое расстояние через атмосферу, теряя 100 % голубого цвета и оставляя только красный.

Если размер частиц в атмосфере изменится, небо может изменить Цвет. Небо становится красным при большом количестве загрязняющих веществ или пыли вулканических извержений.

При подходящем размере частиц вы даже можете увидеть голубую луну. Становится понятна фраза «однажды при голубой луне», что означает «редко».

Небо на Марсе может быть розового или желтого цвета, так как его цвет зависит только от размера частиц пыльных бурь, поднимающихся в тонком слое атмосферы.

В высоких слоях атмосферы Земли мало молекул воздуха, рассеивающих солнечный свет. Поэтому там небо не голубое, а чернильно-черное.

3. Почему восходящая полная Луна такая большая?

Короткий ответ: это не так. Да, Луна действительно кажется огромной, когда она низко над горизонтом (как и Солнце). Но это просто оптическая иллюзия.

Вот как это доказать. Поместите небольшую монету на расстоянии вытянутой руки. Сравните относительный размер восходящей Луны с размером монеты. Потом…

…повторите то же самое с Луной, которая высоко в небе. Вы увидите, что размер Луны тот же. Это называется «лунной иллюзией».

То же верно и для восходящего или заходящего Солнца. Но, поскольку вы, как правило, не смотрите на Солнце, заметен эффект в основном для полной Луны.

Кстати: для созвездий наблюдается тот же эффект. Большая Медведица прямо над отдаленными зданиями кажется намного больше, чем высоко в небе.

Что вызывает этот эффект? Никто не знает. Возможно, это связано с нашим ощущением (неправильным), что небо чуть плоское, а не на 100 % сферическое.