Есть несколько потенциальных причин, по которым небо может казаться оранжевым или красноватым по цвету ночью. Наиболее распространенными причинами являются лесные пожары, пылевые бури и загрязнение воздуха. Рассеивание света частицами в атмосфере придает небу эти яркие оттенки. Давайте изучим науку, стоящую за оранжевым небом, и что вызывает странный цвет там, где вы его наблюдаете.
Лесные пожары производят огромные клубы дыма, которые поднимаются в небо. Этот дым содержит крошечные частицы и аэрозоли, которые могут рассеивать солнечный и лунный свет, заставляя яркие оранжевые и красные цвета доминировать на горизонте.
Частицы действуют как фильтры, пропуская больше красных и оранжевых длин волн. Более синий свет легче рассеивается. Поэтому, когда густой дым заполняет воздух на восходе или закате, эти длинные красноватые длины волн преобладают, вызывая оранжевое свечение.
Многие из самых сильных сезонов лесных пожаров приводят к неделям оранжевого неба над большими регионами. Запад США, Австралия и средиземноморский климат наиболее подвержены масштабным лесным пожарам, которые окрашивают целые горизонты. Оранжевые тона могут сохраняться даже в тысячах миль по ветру от пожаров.
Пыльные бури также поднимают в воздух тонны мелких твердых частиц, которые могут фильтровать цвета солнечного света. Воздушная пустынная пыль является частой причиной туманного оранжевого неба в засушливых регионах, таких как юго-запад США и северная Африка. Гигантские шлейфы, выдуваемые из пустыни Сахара, иногда достигают Северной Америки.
Чем суше условия, тем легче ветрам поднимать пыльную почву. Подобно дыму, пылевые облака преимущественно рассеивают синий и фиолетовый свет. Это оставляет более длинные оранжевые и красные волны просвечивать. Сами частицы пыли также придают оранжевый оттенок при освещении солнцем.
Хабуб — это интенсивные стены пыли, которые могут прибывать во фронтах грозовых порывов. Они могут распространять длинные потоки оранжевого цвета, разнося пыль над городами и ландшафтами в пустынных регионах. Прибытие густого хаббуба заставляет его казаться другой планетой.
Плохое качество воздуха из-за городского смога и выхлопных газов автомобилей также может придавать восходам и закатам оранжевый оттенок. Загрязнители, такие как диоксид азота, озон и сульфатные аэрозоли, рассеивают свет так же, как дым и пыль. Крошечные твердые и жидкие частицы фильтруют естественный спектр солнечного света.
Такие города, как Лос-Анджелес и Нью-Дели, часто имеют тускло-оранжевый оттенок в периоды сильного загрязнения. В городских районах сам воздух приобретает коричневый или оранжевый оттенок, когда уровень смога резко возрастает. Слоистые загрязнения, застрявшие у земли, фильтруют каждый луч солнечного света, что приводит к потустороннему небу.
Дым от лесных пожаров, пыльные бури и загрязнение воздуха имеют схожий химический состав. Они содержат мельчайшие частицы и жидкие капли, способные взаимодействовать со световыми волнами. Эти аэрозоли и частицы обеспечивают рассеяние Ми, явление, которое дает оранжевые восходы и закаты.
Когда люди видят оранжевое небо, они наблюдают естественную демонстрацию теории рассеяния Ми. Этот эффект рассеяния света был назван в честь немецкого физика Густава Ми.
В начале 20 века Ми решил электромагнитные уравнения Максвелла для того, как свет взаимодействует со сферическими частицами. Он вычислил, что более мелкие частицы рассеивают синий свет легче, в то же время позволяя более длинным оранжевым и красным длинам волн проходить без изменений.
Этот эффект рассеяния применяется к частицам диаметром около 0,05–10 микрометров, охватывая размер многих частиц дыма, пыли и загрязняющих веществ. Аэрозоли и частицы в этом диапазоне избирательно фильтруют солнечный свет, доминируя на закатах с яркими оранжевыми и красными цветами.
Вот более подробный взгляд на то, как это работает:
Более голубое небо, которое мы видим в течение дня, является результатом отдельного эффекта рассеяния света, известного как рассеяние Рэлея. Он описывает взаимодействие солнечного света с крошечными молекулами в воздухе, такими как азот и кислород.
Эти крошечные молекулы рассеивают более высокие частоты синего света легче, чем длинные красные волны. Рассеяние Рэлея придает небу его знакомый синий оттенок, поскольку красный, оранжевый и желтый цвета отсеиваются. Это происходит постоянно в течение дня независимо от пожаров, штормов или загрязнения.
Но рассеяние Ми становится заметным, когда присутствуют более высокие концентрации частиц и аэрозолей. Дым, пыль и загрязнения предоставляют миллионы поверхностей, от которых свет может отражаться и проходить через них.
Идеальный размер для рассеяния Ми составляет около 1/10 длины волны видимого света, от 0,05 до 0,5 микрометров. Более мелкие наночастицы вызывают рэлеевское рассеяние, в то время как более крупные частицы размером более 10 микрометров, как правило, просто блокируют свет.
В этой золотой середине между наночастицами и крупными частицами просвечивают оранжевые и красные цвета. Широкий охват таких событий, как лесные пожары, пылевые бури и волны загрязнения, обеспечивает яркие закаты во всех регионах.
Существует также промежуточная форма рассеяния света, называемая рассеянием Тиндаля, которая применяется к более крупным коллоидным частицам размером около 0,5–10 микрометров. Многие задымленные, пыльные или загрязненные условия характеризуются сочетанием рассеяния Тиндаля и Ми.
Вместе эти два режима объясняют, почему оранжевый цвет является таким заметным, когда в воздухе преобладают мелкие частицы. Синее субтрактивное рассеяние Тиндаля и оранжево-красное аддитивное рассеяние Ми в сочетании дают яркие восходы и закаты.
Некоторые части мира более склонны к оранжевому небу из-за их моделей пожаров, пыли и загрязнения. Вот некоторые горячие точки:
Лесные пожары на западе США и в Канаде усиливаются из-за изменения климата. Дым иногда разносится на сотни миль по континенту, принося с собой оранжевое небо. Длительная засуха усугубляет пожары.
Городская Калифорния также имеет одно из самых сильных загрязнений воздуха в США, задерживая смог в долинах и бассейнах. Уровень загрязнения резко возрастает в жаркие безветренные дни.
Сахара — самое пыльное место на Земле, которое отправляет сезонные шлейфы пыли над Атлантикой. Африканский регион Сахель к югу от Сахары также генерирует мощные пыльные бури, которые дуют на север, добавляя дымки в небо над пустыней.
Китай и другие растущие азиатские страны продолжают бороться с загрязнением воздуха на фоне быстрого развития. Пекин и другие китайские города регулярно страдают от оранжевого смога от угольных электростанций, фабрик и выбросов транспортных средств.
В индийских городах, таких как Нью-Дели и Мумбаи, один из самых высоких уровней загрязнения воздуха в мире. Выхлопные газы транспортных средств, промышленность, строительство и сжигание урожая регулярно душат воздух. Оранжевое небо часто означает опасные условия для дыхания.
Засушливый Ближний Восток подвержен гигантским пыльным бурям, которые берут начало в Ираке и Саудовской Аравии. Эти пылевые явления, называемые шамалами, распространяют завесу из песка и оранжевой дымки над городами с подветренной стороны.
Лесные пожары в Австралии становятся все более экстремальными, поскольку изменение климата усугубляет засухи. Густой дым заполнял небо над такими городами, как Сидней и Мельбурн, во время прошлых сильных пожаров.
Оранжевое небо часто не вызывает беспокойства, если оно длится недолго. Но длительные периоды оранжевой дымки, тусклые закаты и ограниченная видимость могут указывать на нездоровый воздух. Вот некоторые признаки того, что воздух может иметь опасные уровни содержания твердых частиц:
– Оранжевый или коричневый оттенок сохраняется в течение нескольких дней
– Ночи становятся ярче, а луна оранжевая
– Далекие горы или горизонт не видны
– На поверхностях скапливается пепел или песок
– Запах дыма или химикатов
– Сообщения о предупреждениях о качестве воздуха
В этих случаях чувствительные группы, такие как дети, пожилые люди и люди с респираторными заболеваниями, должны ограничить время пребывания на открытом воздухе. Всем следует избегать занятий спортом на открытом воздухе, когда небо приобретает постапокалиптический оранжевый оттенок в течение длительного времени.
Проконсультируйтесь с местными агентствами по качеству воздуха или индексами, чтобы убедиться, что частицы, вызывающие оранжевое небо, не достигают опасного уровня. Если уровень загрязнения повышен, ношение эффективного респиратора, например маски N95, может помочь отфильтровать дымный или пыльный воздух, когда выход на улицу необходим.
Оранжевое небо, вызванное экстремальными явлениями, обычно сохраняется от нескольких дней до недели, но может продержаться дольше, если источник выбросов сохраняется. Погода и ветры, перемещающие дым, пыль или загрязнения, играют большую роль в продолжительности. Дождь может помочь осадить частицы загрязнения из воздуха.
Дым от далеких лесных пожаров может попасть в ловушку атмосферных инверсий и колебаться через пострадавший регион в течение недель. Пыльные бури иногда резонируют циклами через пустынные бассейны. А городское загрязнение часто следует еженедельным схемам движения транспорта.
Ознакомьтесь с отчетами о качестве воздуха и прогнозами погоды, чтобы оценить, когда уровень частиц может снизиться. Часто возвращение голубого неба днем и ночью указывает на то, что временная дымка спала. Но поскольку лесные пожары и эпизоды плохого качества воздуха ухудшаются из-за изменения климата, оранжевое небо, вероятно, станет более частым.
Хотя за оранжевым небом скрывается проблемное качество воздуха, оно все равно может демонстрировать жуткую красоту. Некоторые фотографы даже намеренно выходят на улицу во время интенсивных лесных пожаров или пыльных бурь, чтобы сделать снимки.
Рассеянные частицами закаты и восходы часто светятся более интенсивно яркими красными, фиолетовыми и желтыми цветами. Необычный свет может создать почти инопланетную атмосферу, особенно когда уличные фонари, Луна и звезды также становятся оранжевыми. Но оцените вид из помещения, если качество воздуха плохое.
Сам оранжевый цвет также имеет значение, напоминая нам об ущербе от лесных пожаров, климатических проблемах и последствиях загрязнения воздуха. Полюбуйтесь странной красотой, но также поразмышляйте о том, какие природные и рукотворные силы взаимодействуют, чтобы окрасить горизонты. Мы не часто останавливаемся, чтобы полюбоваться цветами неба, но оранжевое небо требует нашего внимания.
Оранжевый цвет неба обусловлен определенными закономерностями взаимодействия частиц со светом. Дым от лесных пожаров, пыль, разлетающаяся ветром, и загрязнение воздуха содержат аэрозоли и частицы нужного размера для фильтрации солнечного и лунного света. Это создает яркие восходы и закаты, в которых преобладают длинные красноватые волны.
Хотя на мгновение они ошеломляют, затяжные оранжевые горизонты указывают на плохое качество воздуха, которое может угрожать здоровью. Проверьте местные индексы воздуха и прогнозы погоды, чтобы узнать, когда необычное оранжевое небо может рассеяться. Их растущая частота в нашем теплеющем мире напоминает нам о глобальных проблемах, влияющих на нашу атмосферу. Но они также связывают нас с оптическими чудесами и небесными движениями, выходящими далеко за рамки нашей повседневной жизни.