Многие люди смотрели на ночное небо и замечали, что оно часто кажется пурпурным или фиолетовым, особенно на горизонте. Это явление вызвало вопросы о том, почему небо приобретает такой красочный вид после захода солнца. Причины пурпурного ночного неба связаны с физикой света и тем, как наша атмосфера рассеивает различные длины волн видимого света.
Основная причина того, что ночное небо выглядит пурпурным, связана с явлением, называемым рэлеевским рассеянием. Это относится к рассеянию света частицами в атмосфере, которые меньше длин волн видимого света. Днем солнечный свет проникает в атмосферу, и его составляющие цвета с более короткими длинами волн, такие как синий и фиолетовый свет, рассеиваются сильнее, чем цвета с более длинными длинами волн, такие как красный и оранжевый. Дополнительное рассеяние синего/фиолетового цвета придает дневному небу его знакомый ярко-голубой вид.
Но этот процесс рассеяния не прекращается, когда солнце садится. Даже без прямого солнечного света в атмосфере происходит рассеивание окружающего света. Ночью в красной части спектра очень мало света, исходящего от солнечного света. Однако искусственное освещение на земле излучает более длинноволновой оранжевый и красный свет, который умудряется отражаться и вносить свой вклад в ночное небо. Но этот длинноволновый свет не рассеивается слишком сильно по сравнению с оставшимся сине-фиолетовым светом, исходящим от рассеяния лунного и звездного света. При меньшем количестве красного света, который уравновешивает его, преобладание рассеянного синего и фиолетового света заставляет ночное небо приобретать пурпурный оттенок.
Фиолетовый оттенок ночного неба наиболее выражен ближе к горизонту. Над головой небо имеет тенденцию переходить в более темный синий цвет. Этот эффект возникает из-за того, что ниже в атмосфере находится больше молекул воздуха, которые рассеивают свет на высотах около горизонта. Свет, падающий под небольшим углом, проходит через большую часть атмосферы, чем свет, падающий прямо сверху, что приводит к более сильному рассеиванию на синем и фиолетовом конце спектра, что дает фиолетовый оттенок при взгляде на горизонт.
Над головой наблюдается меньшее рассеивание между наблюдателем и верхними границами атмосферы. Без такого удаления синего/фиолетового света небо приобретает более темно-синий или почти черный вид, а не фиолетовый, если смотреть прямо вверх в ясную ночь.
Состав атмосферы также может оказывать некоторое влияние на эффект фиолетового ночного неба. Помимо азота и кислорода, рассеиванию могут способствовать естественные атмосферные частицы, такие как пыль, сажа и капли воды. Эти естественные частицы, как правило, находятся на меньшей стороне и, таким образом, рассеивают более короткие длины волн более эффективно, добавляя к распределению фиолетового/синего света.
В загрязненных городских районах искусственные твердые частицы от выбросов транспортных средств и промышленности могут значительно увеличить количество рассеивающих частиц. Так же, как загрязненный дневной воздух кажется более мутным и молочным, повышенное ночное рассеяние от загрязнения усиливает фиолетовый оттенок, из-за чего ночное небо города иногда кажется интенсивно фиолетовым. Более чистый воздух в сельской местности означает меньше рассеивающих частиц и немного более темное небо.
Помимо молекул и частиц воздуха, облака также могут рассеивать свет ночью. Состоящие из крошечных капель воды и льда, облака могут эффективно рассеивать коротковолновый синий свет, исходящий от луны и звезд, как и чистый воздух. Это обеспечивает еще один источник рассеянного фиолетового света, который способствует типичной фиолетовой окраске.
Плотный или плотный облачный покров действует как верхний диффузный источник света, создавая более однородный цвет ночного неба. В то время как ясное небо позволяет свету на горизонте проходить через большую атмосферу, чем в зените, густая облачность создает более равномерное рассеивание по всему видимому небу для получения постоянного фиолетового оттенка.
В частично облачные ночи изменения в облачном покрове и плотности приведут к пятнистому небу с пятнами более темного фиолетового и черного, видимыми в более ясных областях. Подсвеченные сзади облака около луны или городских огней часто также кажутся пурпурными из-за тех же принципов рассеивания.
Фиолетовый оттенок ночного неба наиболее выражен ближе к горизонту. Над головой небо имеет тенденцию переходить в более темный синий цвет. Этот эффект возникает из-за того, что ниже в атмосфере находится больше молекул воздуха, рассеивающих свет на высотах около горизонта. Свет, падающий под небольшим углом, проходит через большую атмосферу, чем свет, падающий прямо сверху, что приводит к более сильному рассеиванию на синем и фиолетовом конце спектра, что дает пурпурный оттенок при взгляде в сторону горизонта.
Над головой наблюдается меньшее рассеивание между наблюдателем и верхними слоями атмосферы. Без достаточного удаления синего/фиолетового света небо приобретает более темно-синий или почти черный вид, а не фиолетовый, если смотреть прямо вверх в ясную ночь.
| Длина волны (нм) | Цвет |
| 700-635 | Красный |
| 635-590 | Оранжевый |
| 590-560 | Желтый |
| 560-490 | Зеленый |
| 490-450 | Синий |
| 450-400 | Фиолетовый |
Различные оттенки заката желтого, оранжевого и красного возникают по тем же причинам, по которым ночное небо становится фиолетовым. Во время сумерек около восхода и заката солнечный свет проходит через большую атмосферу, чем днем, когда солнце находится выше над головой. Поскольку солнечный свет проходит более длинный путь и рассеивается под небольшим углом, синие и фиолетовые длины волн рассеиваются, оставляя преимущественно более длинные волны желтого, оранжевого и красного света, которые достигают наших глаз. В таблице выше показан видимый цветовой спектр и соответствующие длины волн.
По мере того, как солнце продолжает садиться, длинноволновые цвета заката в конечном итоге исчезают. Это оставляет позади более коротковолновые синие и фиолетовые цвета, которые доминируют в растущей темноте, порождая пурпурное ночное небо. Таким образом, по сути, красочные восходы и закаты и пурпурное ночное небо возникают на противоположных концах одного и того же явления рассеяния.
Луна и звезды вносят свой вклад в видимый свет ночью. Лунный свет, будучи отраженным солнечным светом, содержит полный спектр видимых длин волн. Звездный свет, с другой стороны, исходит от горячих светящихся газов, которые излучают свет узкими полосами или линиями. Но в совокупности их свет все еще показывает распределение, благоприятствующее более коротким видимым длинам волн. Когда этот небесный свет рассеивается атмосферой, фиолетовые компоненты остаются, чтобы окрашивать ночное небо в фиолетовый цвет.
Без лунного и звездного света ночное небо казалось бы намного темнее. Но общий уровень освещенности все еще намного ниже, чем дневной солнечный свет. Поэтому ночное рассеяние в целом гораздо менее интенсивно, требуя темного настроенного зрения для восприятия нежных фиолетовых оттенков. Изменение фазы и положения луны может влиять на яркость и оттенок фиолетового неба от ночи к ночи.
Все чаще искусственное световое загрязнение от расширяющейся урбанизации конкурирует с естественным ночным освещением и подавляет его. Уличные фонари, знаки и внутреннее освещение устремляются вверх в ночное небо, изменяя его естественную окраску. Световое загрязнение имеет тенденцию благоприятствовать более длинным волнам, таким как оранжевое натриевое освещение. Когда этот искусственный свет рассеивается вместе с оставшимся лунным светом и светом звезд, баланс смещается в сторону более красных оттенков, иногда устраняя естественный фиолетовый цвет незагрязненного ночного неба.
Чтобы испытать явление рассеивания фиолетовых оттенков затененной атмосферой Земли, наилучшие условия для просмотра находятся вдали от городских огней в ясные безлунные ночи. Ярко выраженная фиолетовая окраска может служить напоминанием о вездесущих процессах рассеивания в природе и тонком взаимодействии света и неба.
Приглушенные пурпурные тона, которые часто украшают ночное небо, возникают в первую очередь из-за селективного рассеивания коротковолнового синего и фиолетового света. Это происходит из-за процесса рэлеевского рассеяния, когда естественный свет, освещающий ночную атмосферу, сталкивается с молекулами газа и частицами. Эффект усиливается вблизи горизонта, где свет проходит через большую воздушную массу и рассеивающие частицы. Более чистый воздух позволяет процессу проявляться более ярко, в то время как загрязнение ослабляет эффект.
Поэтому в следующий раз, когда вы будете любоваться ослепительным закатом или прекрасными ясными сумерками, полными оранжевых и красных оттенков, помните, что другой конец спектра все еще в игре. Когда солнце исчезает за горизонтом, продолжайте смотреть в нарастающую темноту. Дайте своим глазам привыкнуть и наслаждайтесь тонким и интригующим явлением фиолетового ночного неба.