Физика одного из самых редких и захватывающих видов заката, когда-либо виденных!
«Романтике заката не помешает немного узнать о нем».
- Карл Саган
Забудьте о вреде; я действительно не знаю ничего такого, что усиливало бы романтику, радость и красоту, которые вы найдете в мире природы, так, как это делает немного знаний. В дополнение к захватывающему восприятию, которое могут испытать наши чувства, нет ничего в мире лучше, чем вовлечение вашего ума, открывающего слой за слоем более глубокие слои того, что вы воспринимаете.
В такие моменты абстрактное и конкретное сливаются воедино, создавая наиболее человеческое из всех переживаний: когда и примитивная, и высокофункциональная части нашего мозга одновременно фокусируются на явлении в рука.
В следующий раз, когда вы будете наблюдать, как Солнце ясным вечером опускается по небу к западному горизонту, вы можете удивиться тому, как Солнце остается одного и того же видимого размера на всем пути вниз. При температуре чуть более половины градуса Солнце, кажется, опускается с постоянной скоростью в течение дня и до раннего вечера. Но есть небольшие заметные изменения, которые чрезвычайно важны, если вы хотите понять красоту заката и его самые неуловимые секреты.
Начнем с самых ярких изменений и будем двигаться к более тонким.
Первое и наиболее очевидное - это изменение окраски Солнца, сопровождающееся резким падением яркости Солнца. Вы можете заметить, что в полдень проблеск Солнца ослепляет, но когда оно находится очень низко над горизонтом, смотреть на него гораздо менее болезненно. (Хотя вы все еще, вероятно, не должны.) Однако на безвоздушном мире, таком как Луна или Меркурий, Солнце на закате не будет выглядеть иначе, чем в любое другое время. Именно атмосфера Земли делает закаты для нас такими особенными.
Когда Солнце появляется все ниже и ниже над горизонтом, его свет должен проходить через все большую и большую часть атмосферы, чтобы достичь наших глаз. Когда Солнце находится прямо над головой, перед тем, как солнечный свет попадет в наши глаза, нужно пройти через материал толщиной всего в одну атмосферу, занимая в общей сложности около 60 миль (100 км) пространства.
Вы можете не думать об атмосфере как о очень хорошей призме, но когда вы проходите через нее около 1000 миль(1600 км) незадолго до того, как Солнце опустится за горизонт, она начинает складываться.
Синие длины волн света очень сильно рассеиваются. Это же явление окрашивает небо в голубой цвет, когда Солнце находится прямо над головой, когда рассеянный синий свет уходит от атмосферы и достигает наших глаз. Но когда Солнце находится низко над горизонтом, проходя через примерно в 15+ раз большую атмосферу, этот синий свет рассеивается, оставляя только самые красные длины волн , которые рассеиваются гораздо меньше , чтобы достичь вашего глаза. По мере того, как Солнце опускается к горизонту, оно постепенно теряет фиолетовые и синие оттенки, затем зеленые и желтые и, наконец, даже оранжевые, оставляя позади в основном красные.
Вы можете даже не осознавать этого, но к тому времени, когда вы увидите закат, как на картинке выше, Солнце технически уже зашло, это только из-за того, что атмосфера также искривляется (или преломляется)) свет, что мы все еще видим его таким.
Вы когда-нибудь пытались определить время заката над океаном? Чтобы измерить количество времени, которое проходит с момента, когда нижняя часть солнечного диска касается воды, до того, как верхняя часть диска исчезает под ней? Поскольку Солнце совершает по небу 360-градусный путь, его диаметр составляет полградуса, а в сутках 86 400 секунд, вы ожидаете, что с момента его касания пройдет 120 секунд. горизонта до момента, когда он опускается ниже. Поскольку траектория Солнца в течение большей части дней изгибается на большинстве широт Земли, оптимальное время для его измерения - во время равноденствия на экваториальных широтах, когда оно восходит и заходит как можно ближе к абсолютно вертикальному горизонту. Тем не менее, даже если вы рассчитаете время в таких условиях, Солнце, кажется, задерживается немного дольше из-за преломления нашей атмосферы.
Кроме того, несмотря на его красный вид, на самом деле все еще исходит синий и зеленый свет от Солнца, конечно, в то время как это происходит. Его просто не так много. Но эти более короткие (т. е. более синие) длины волн преломляют немного больше, чем волны с более низкой частотой, а это означает, что красные цвета преломляются под другим, меньшим углом, чем зеленые и синие, которые проходят под более крутым углом.
Учитывая свободный путь к горизонту - например, над океаном - это означает, что есть небольшой участок космоса прямо над покрасневшим Солнцем, где свет с более короткой длиной волны виден!
И когда это происходит, в дополнение к обычному цветовому градиенту, который появляется на закате, вы также можете получить небольшую отдельную область над диском Солнца, которая кажется желтой, зеленой или даже синей.! (И намного тусклее, чем остальное Солнце!)
Это оптическое явление всегда лучше всего видно над ровной поверхностью в чистом небе и известно как зеленая вспышка. Это происходит на многих различных стадиях, иногда появляясь на лимбе Солнца или чуть выше него, но чаще всего оно появляется сразу после захода диска Солнца, в виде буквальной «вспышки», длящейся всего несколько секунд, чуть выше горизонт.
Поскольку оно намного тусклее Солнца, лучшее время для наблюдения - сразу после того, как последняя часть солнечного диска (обозначенная красным светом) опускается за горизонт, но там, где крошечная остается немного более голубых длин волн.
Хотя на Солнце много зеленого света, самые синие длины волн преломляются даже больше, чем зеленые. В принципе, вы можете получить «вспышку» любой длины волны - желтого, зеленого, синего или даже фиолетового - при содействии атмосферы. Хотя зеленые и желтые вспышки являются наиболее распространенными, при правильных атмосферных условиях вы можете увидеть даже синие вспышки, мигающие под большим углом над вершиной Солнца!
Это относится к любому очень яркому объекту белого света, который сталкивается с нашей атмосферой, едва виднеясь над горизонтом.
Значит, Луна, отражающая солнечный свет обратно к нам, также должна давать зеленую вспышку при правильных атмосферных условиях. И хотя я никогда не видел его своими глазами, некоторые усердные астрофотографы запечатлели это зрелище, чтобы поделиться со всеми нами.
Подумайте, почему это происходит снова: красные длины волн преломляются немного сильнее, чем желтые, зеленые и синие, а это означает, что диск красного света находится на горизонте чуть ниже, чем диск от других длин волн.
Вам может быть интересно, тогда, если зеленый и синий цвета появляются немного выше диска Солнца (или Луны), можем ли мы когда-нибудь увидеть красную вспышку чуть ниже диска? Именно это и происходит при правильных, благоприятных атмосферных условиях!
Точно так же, как может быть зеленая или даже голубая вспышка над Солнцем или Луной, когда она находится очень низко над горизонтом, может быть красная вспышка ниже Солнца или Луны одновременно! Просто часто бывает труднее увидеть, потому что из-за этой разницы в атмосфере немного меньше атмосферы.
Соедините всю эту физику воедино - свет, земную атмосферу, рассеяние и преломление - и соедините при правильных условиях, и вот что даст вам физику зеленой вспышки!
Но вот небольшой бонус для тех из вас, кто добрался до этого места. Давным-давно в первоначальном блоге (почти шесть лет назад) я опубликовал краткое объяснение зеленой вспышки, и мало ли я знал, что годы спустя я получу следующее сообщение от Дона Арнольда из Чаттануги, Теннесси:
Я думал, что это розыгрыш каждый раз, когда я посещал Коста-Меса. Итак, на прошлой неделе мы были на пирсе Коста-Меса, и мой хороший Nikon установил двигатель на максимум и сделал 30 кадров прямо на закате. Так что я думаю, что у меня есть хороший. Вам придется увеличить масштаб, но выглядит хорошо… спасибо за прекрасное объяснение!
Вот изображение, которое он приложил.
Как это выглядит вблизи? Вот увеличенная версия (и мои извинения за мои паршивые навыки обработки изображений):
Закат красив для любого глаза, а ясность или запыленность горизонта, качество и турбулентность атмосферы и положение Солнца дают нам большое разнообразие красивых видов.
Но когда вы видите цветовой градиент на Солнце, красную губу внизу или желтую, зеленую или синюю окантовку вверху или над ней, вы увидите меньше красоты или больше за то, что у вас есть прочитал и понял это? По крайней мере, для меня все тем красивее, чем больше ты знаешь. Спасибо, что поделились со мной прекрасной физикой закатов, и следите за неповторимой зеленой вспышкой!
Понравилось? Комментарий на форуме Starts With A Bang в Scienceblogs!