Номер 36.3, страница 255 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

36. Цвет. Взаимодействие света с веществом. Электромагнитные колебания и волны. Электродинамика - номер 36.3, страница 255.

Условие.

36.3. Почему Солнце или Луна приобретают красный оттенок, когда находятся низко над горизонтом?

Решение. Когда светило находится низко над горизонтом, свет от него проходит в атмосфере наибольшее расстояние. На более длинном пути заметно рассеиваются не только синие и голубые составляющие солнечного света, но также желтые и зеленые. Остаются лишь самые длинные световые волны — красные.

Решение.

36.3. Решение

Красный оттенок Солнца и Луны, когда они находятся низко над горизонтом, объясняется явлением рассеяния света в атмосфере Земли. Это явление известно как рэлеевское рассеяние.

Солнечный свет, который кажется нам белым, на самом деле представляет собой смесь электромагнитных волн разной длины, каждая из которых соответствует определенному цвету видимого спектра. Самые короткие волны соответствуют фиолетовому и синему цветам, а самые длинные — оранжевому и красному.

Когда свет проходит через атмосферу, он сталкивается с молекулами газов (в основном азота и кислорода) и другими мельчайшими частицами, которые заставляют его рассеиваться, то есть отклоняться от прямолинейного пути. Интенсивность этого рассеяния, согласно закону Рэлея, обратно пропорциональна четвертой степени длины волны света ($λ$):

$I \propto \frac{1}{\lambda^4}$

Это означает, что коротковолновый свет (синий и фиолетовый) рассеивается значительно сильнее, чем длинноволновый (красный). Именно по этой причине небо в ясный день кажется нам голубым — мы видим рассеянный во все стороны синий свет.

Когда Солнце или Луна находятся высоко в небе (в зените), их свет проходит через атмосферу по самому короткому пути. Часть синего света рассеивается, окрашивая небо, но большая часть лучей всего спектра достигает наших глаз, поэтому Солнце выглядит ярко-желтым.

Во время восхода или заката Солнце (или Луна) находится низко над горизонтом. В этом положении свету приходится преодолевать гораздо большую толщу атмосферы. На этом длинном пути практически весь синий, фиолетовый и даже зеленый свет рассеиваются в стороны и не доходят до наблюдателя. До нас доходят преимущественно лучи, которые рассеиваются слабее всего — это длинноволновый красный и оранжевый свет. Именно поэтому небесные светила у горизонта приобретают красный оттенок. Луна светит отраженным солнечным светом, поэтому для нее этот эффект проявляется точно так же.

Ответ: Солнце и Луна приобретают красный оттенок у горизонта из-за того, что их свету приходится проходить через более толстый слой земной атмосферы. В результате этого коротковолновый свет (синие, голубые и зеленые составляющие) сильно рассеивается молекулами воздуха, в то время как длинноволновый свет (красный, оранжевый) рассеивается слабо и достигает глаз наблюдателя.