Зелений промінь— це рідкісне оптичне явище, яке триває лише кілька секунд відразу після заходу або перед сходом сонця. Коли сонце сідає за горизонт, сонячні промені проходять через більшу частину земної атмосфери, ніж коли сонце знаходиться прямо над головою опівдні. Атмосфера діє як призма, розбиваючи біле світло від сонця на різні кольори за довжиною хвилі. Хвилі з меншою довжиною (зелене, синє, фіолетове світло) останніми заходять за горизонт. Синє та фіолетове світло зазвичай розсіюється частинками в атмосфері, залишаючи зелене світло як останнє світло, яке ви бачите перед тим, як все світло від призахідного сонця зникне за горизонтом.
Рисунок 6.1.
Міражі можуть підсилити зелений спалах, перебільшуючи поділ світла на різні кольори та роблячи смугу зеленого світла ширшою.
Зелені спалахи виникають лише за ідеальних атмосферних умов, що робить їх відносно рідкісними. Мешканці островів у Карибському морі повідомляють, що бачать зелений спалах багато разів на рік. На зображенні нижче показано прогресію зеленого спалаху під час заходу сонця.
Рисунок 6.2. Прогресія зеленого спалаху під час заходу сонця.
Колір неба
Біле світло Сонця - це суміш усіх кольорів веселки. Це було продемонстровано Ісааком Ньютоном, який використовував призму для розділення різних кольорів і формування спектра. Кольори світла відрізняються різними довжинами хвиль. Видима частина спектра коливається від червоного світла з довжиною хвилі близько 720 нм до фіолетового з довжиною хвилі близько 380 нм, між помаранчевим, жовтим, зеленим, синім і індиго. Три різні типи колірних рецепторів у сітківці людського ока найсильніше реагують на довжини хвиль червоного, зеленого та синього кольорів, забезпечуючи наше кольорове бачення.
Ефект Тіндаля
Перші кроки до правильного пояснення кольору неба зробив Джон Тіндаль у 1859 році. Він виявив, що коли світло проходить крізь прозору рідину, яка утримує дрібні частинки у суспензії, коротші сині хвилі розсіюються сильніше, ніж червоні. Це можна продемонструвати, провівши промінь білого світла через резервуар з водою з невеликою кількістю молока або мила. Збоку промінь
можна побачити через синє світло, яке він розсіює; але світло, яке видно безпосередньо з кінця, стає червоним після того, як воно пройшло через резервуар. Розсіяне світло також можна показати поляризованим за допомогою фільтра поляризованого світла, так само як небо виглядає більш синім крізь сонцезахисні окуляри polaroid.
Це найправильніше назвати ефектом Тіндаля, але він більш відомий фізикам як розсіювання Релея — на честь Релея, який досліджував його більш детально через кілька років. Він показав, що кількість розсіяного світла обернено пропорційна четвертому степеню довжини хвилі для досить малих частинок. З цього випливає, що синє світло розсіюється більше, ніж червоне, у (700/400)^4 ~= 10 разів.
Пил чи молекули?
Тіндаль і Релей вважали, що блакитний колір неба має бути пов'язаний з дрібними частинками пилу і крапельками водяної пари в атмосфері. Навіть сьогодні люди іноді неправильно кажуть, що це так. Пізніше вчені зрозуміли, що якби це було правдою, колір неба змінювався б зі збільшенням вологості тому вони правильно припустили, що молекул кисню та азоту в повітрі достатньо для пояснення розсіювання. Справа була остаточно вирішена Ейнштейном у 1911 році, який розрахував детальну формулу для розсіювання світла від молекул; і було виявлено, що це узгоджується з експериментом. Він навіть зміг використати обчислення як додаткову перевірку числа Авогадро у порівнянні зі спостереженнями.
Чому не фіолетовий?
Якщо короткі хвилі розсіюються найсильніше, виникає загадка, чому небо не виглядає фіолетовим, тобто кольором із найкоротшою видимою довжиною хвилі. Спектр випромінювання світла від Сонця не є постійним на всіх довжинах хвиль і додатково поглинається високою атмосферою, тому у світлі менше фіолетового. Наші очі також менш чутливі до фіолетового. Це частина відповіді; але веселка показує, що за синім залишається значна кількість видимого світла кольору індиго та фіолетового. Інша частина відповіді на цю загадку полягає в тому, як працює наш зір. У нашій сітківці є три типи колірних рецепторів, або колбочок. Їх називають червоними, синіми та зеленими, тому що вони найсильніше реагують на світло цих довжин хвиль.
Рисунок 7.1. Криві відповідні для трьох типів рецепторів в людському оці
Коли ми дивимося на небо, червоні рецептори реагують на невелику кількість розсіяного червоного світла, але також менш сильно на помаранчеві та жовті хвилі. Зелені реагують на жовті та більш сильно розсіяні зелені та зелено-сині довжини хвиль. Сині стимулюються кольорами біля синіх хвиль, які дуже сильно розсіюються. Якби в спектрі не було індиго і фіолетового, небо виглядало б блакитним з легким зеленим відтінком. Але найсильніше розсіяні довжини хвиль індиго та фіолетового кольору трохи стимулюють червоні рецептори , а також сині, тому ці кольори виглядають синіми з додаванням
червоного відтінку. Чистий ефект полягає в тому, що червоні та зелені
приблизно однаково стимулюються світлом з неба, тоді як сині стимулюються сильніше. Це поєднання пояснює ніжно-блакитний колір. Можливо, не випадково наш зір налаштований бачити небо чистим відтінком. Ми еволюціонували, щоб відповідати навколишньому середовищу; і здатність найчіткіше розділяти природні кольори є, мабуть, перевагою для виживання.
