Диффузное излучение неба

Диффузное излучение неба это солнечное излучение, достигающее земной поверхности после того, как оно было рассеяно на молекулах или твёрдых частицах в атмосфере. Из всего излучения Солнца, рассеивающегося в атмосфере (около 25% от падающего излучения, когда Солнце находится высоко в небе), около двух третей в конечном счёте достигает Земли как диффузное излучение.

Основные механизмы рассеяния света в атмосфере (рассеяние Рэлея, рассеяние Ми) являются упругими, т. е. при этом происходит смена направления излучения, но не его поглощение или изменение длины волны.

Почему небо синее?

Небо выглядит синим, потому что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового света. Поскольку синий цвет находится на коротковолновом конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому, если посмотреть на участок неба вне Солнца, мы увидим голубой свет — результат рассеяния солнечного излучения. Во время заката и рассвета, свет проходит по касательной к земной поверхности, так что путь, проходимый светом в атмосфере, становится намного больше, чем днём. Из-за этого большая часть синего и даже зелёного света покидает прямой солнечный свет в результате рассеяния, благодаря чему прямой свет солнца, а также освещаемые им облака и небо вблизи горизонта, окрашиваются в красные тона.

Естественно, при другом составе атмосферы, например на других планетах, цвет неба, в том числе и на закате, может быть другим. Например на Марсе.

Рассеяние и поглощение — главные причины затухания света в атмосфере. Рассеяние меняется как функция от отношения диаметра рассеивающей частицы к длине волны света. Когда это отношение меньше 1/10, возникает Рэлеевское рассеяние, при котором коэффициент рассеяния обратно пропорционален четвёртой степени длины волны. При больших значениях отношения диаметра частицы к длине волны рассеяние меняется согласно теории Ми; когда же это отношение больше 10, начинают работать законы геометрической оптики.

Под облачным небом

При пасмурной погоде большая часть прямого солнечного света до земли не доходит. То же, что доходит, преломляют водяные капли, взвешенные в воздухе. Капель много, и каждая имеет свою форму и, следовательно, искажает по-своему. То есть облака рассеивают свет от неба, и в результате до земли доходит белый свет. Если облака имеют большие размеры, то часть света поглощается, и получается серый свет.

Излучение при рассеянии не очень меняется по спектральному составу: капли в облаках крупнее длины волны, поэтому весь видимый спектр (от красного до фиолетового) рассеивается примерно одинаково. По интенсивности излучение меняется (оценочно) от 1/6 интенсивности прямого солнечного света для относительно тонких облаков до 1/1000 для наиболее толстых грозовых облаков.

Реперные точки

На небесной сфере существуют четыре точки, в которых отсутствует поляризация света.

• Точка Араго (А), названная в честь открывателя, это точка, которая на 20° выше точки, которая напротив Солнца. Но она расположена выше в туманном воздухе. Поэтому, по диапазону её изменений определяют затуманенность атмосферы.

• Точка Бабинье (Ba), открыта Бабинье в 1840 г., расположена на 15°-20° градусов выше солнца, но её трудно наблюдать из-за близости солнечного света.

• Точка Брюстера (Br), открыта Брюстером в 1840 г., расположена на 15°-20° ниже солнца, но её трудно наблюдать из-за близости солнечного света.

• Четвёртая точка (IV), открыта при наблюдении с высотных самолётов. Располагается на 20° ниже антисолярной (напротив Солнца) точки.

Фотографии

• 

  Синее небо с белыми облаками

• 

  Закат. Красное небо вблизи солнца градиентно переходит в синее вдали от него

• 

  Облачное небо. Синий цвет неба рассеивается на дымке, но не полностью. Отсюда голубоватый оттенок

• 

  Небо, затянутое серыми облаками

• 

  Закат на Марсе

См. также

• Воздушная перспектива
• Небо
• Атмосфера

Ссылки

• Why is the sky blue?
• Why is the sky blue?
• Why is the sky blue? Science made simple
• Blue Sky and Rayleigh Scattering