Prečo je zatiahnutá obloha šedá a jasná modrá? Tak prečo je obloha modrá?

Prečo je nebo modré? Na takú jednoduchú otázku je ťažké nájsť odpoveď. Mnohí vedci si lámali hlavu nad odpoveďou. Najlepšie riešenie problému navrhol asi pred 100 rokmi anglický fyzik Lord John Rayleigh.

Slnko vyžaruje oslnivo čisté biele svetlo. Farba oblohy by teda mala byť rovnaká, no stále je modrá. Čo sa stane s bielym svetlom v zemskej atmosfére?

Biele svetlo je zmesou farebných lúčov. S hranolom môžeme urobiť dúhu.

Hranol rozkladá biely lúč na farebné pruhy:

■Červená

■oranžová

■ Žltá

■ Zelená

■ Modrá

■ Fialová

Spojením týchto lúčov opäť tvoria biele svetlo. Dá sa predpokladať, že slnečné svetlo sa najskôr rozdelí na farebné zložky. Potom sa niečo stane a na povrch Zeme sa dostanú len modré lúče.

Tak prečo je obloha modrá?

Existuje niekoľko možných vysvetlení. Vzduch obklopujúci Zem je zmesou plynov: dusíka, kyslíka, argónu a iných. Atmosféra obsahuje aj vodnú paru a ľadové kryštály. Prach a iné malé častice sú suspendované vo vzduchu. Ozónová vrstva sa nachádza vo vyšších vrstvách atmosféry. Môže to byť dôvod? Niektorí vedci sa domnievali, že molekuly ozónu a vody absorbujú červené lúče a prenášajú modré. Ukázalo sa však, že v atmosfére jednoducho nebolo dostatok ozónu a vody na zafarbenie oblohy na modro.

V roku 1869 Angličan John Tyndall navrhol, že prach a iné častice rozptyľujú svetlo. Modré svetlo je najmenej rozptýlené a prechádza vrstvami takýchto častíc, aby sa dostalo na povrch Zeme. Vo svojom laboratóriu vytvoril model smogu a nasvietil ho jasným bielym lúčom. Smog sa zmenil na tmavomodrý. Tyndall sa rozhodol, že ak bude vzduch absolútne čistý, nič by nerozptyľovalo svetlo a my by sme mohli obdivovať žiarivo bielu oblohu. Lord Rayleigh tiež podporoval túto myšlienku, ale nie dlho. V roku 1899 zverejnil svoje vysvetlenie:

Je to vzduch, nie prach alebo dym, ktorý farbí oblohu na modro.

Základná teória o modrej farbe oblohy

Časť slnečných lúčov prechádza medzi molekulami plynu bez toho, aby sa s nimi zrazila a dopadá na povrch Zeme nezmenená. Ďalší väčšina, je absorbovaný molekulami plynu. Keď sú fotóny absorbované, molekuly sú excitované, to znamená, že sú nabité energiou a potom ju opäť emitujú vo forme fotónov. Tieto sekundárne fotóny majú rôzne vlnové dĺžky a môžu mať akúkoľvek farbu od červenej po fialovú. Rozptyľujú sa všetkými smermi: k Zemi, k Slnku a do strán. Lord Rayleigh navrhol, že farba vyžarovaného lúča závisí od prevahy kvánt tej či onej farby v lúči. Keď sa molekula plynu zrazí so slnečnými fotónmi, na jedno sekundárne červené kvantum pripadá osem modrých kvánt.

aký je výsledok? Intenzívne modré svetlo sa na nás doslova valí zo všetkých strán z miliárd molekúl atmosférického plynu. Toto svetlo má primiešané fotóny iných farieb, takže nemá čisto modrý odtieň.

Prečo je potom západ slnka červený?

Obloha však nie je vždy modrá. Prirodzene vyvstáva otázka: ak celý deň vidíme modrú oblohu, prečo je západ slnka červený? Červená je najmenej rozptýlená molekulami plynu. Pri západe Slnka sa Slnko približuje k horizontu a slnečný lúč smeruje k zemskému povrchu nie vertikálne, ako cez deň, ale pod uhlom.

Preto je cesta, ktorú prejde atmosférou, oveľa dlhšia ako cesta cez deň, keď je Slnko vysoko. Z tohto dôvodu je modro-modré spektrum absorbované v hrubej vrstve atmosféry a nedosahuje Zem. A dlhšie svetelné vlny červeno-žltého spektra dosahujú povrch Zeme, sfarbujú oblohu a oblaky do červenej a žltej farby charakteristickej pre západ slnka.

vedecké vysvetlenie

Vyššie sme uviedli odpoveď v relatívne jednoduchom jazyku. Nižšie uvádzame odôvodnenie pomocou vedeckých výrazov a vzorcov.

Výňatok z Wiki:

Obloha vyzerá modrá, pretože vzduch rozptyľuje svetlo s krátkou vlnovou dĺžkou viac ako svetlo s dlhou vlnovou dĺžkou. Intenzita Rayleighovho rozptylu v dôsledku kolísania počtu molekúl vzdušného plynu v objemoch úmerných vlnovým dĺžkam svetla je úmerná 1 / λ 4, λ je vlnová dĺžka, t.j. fialová časť viditeľného spektra je rozptýlená približne 16 krát intenzívnejšie ako červená. Keďže modré svetlo má kratšiu vlnovú dĺžku, na konci viditeľného spektra sa v atmosfére rozptýli viac ako červené. Vďaka tomu má časť oblohy mimo smeru Slnka modrú farbu (nie však fialovú, keďže slnečné spektrum je nerovnomerné a intenzita fialovej farby v ňom je menšia, a tiež kvôli menšej citlivosti oko na fialové a viac na modré, čo dráždi nielen tých, ktorí sú citliví na modré čapíky v sietnici, ale aj citlivé na červené a zelené svetlo).

Počas západu slnka a úsvitu sa svetlo pohybuje tangenciálne k zemskému povrchu, takže dráha, ktorú prejde svetlo v atmosfére, je oveľa dlhšia ako cez deň. Z tohto dôvodu je väčšina modrého a dokonca aj zeleného svetla rozptýlená priamym slnečným žiarením, takže priame slnečné svetlo, ako aj oblaky, ktoré osvetľuje, a obloha pri obzore sa sfarbujú do červena.

Pravdepodobne s iným zložením atmosféry, napríklad na iných planétach, môže byť farba oblohy, a to aj pri západe slnka, iná. Napríklad farba oblohy na Marse je červeno-ružová.

Rozptyl a absorpcia sú hlavnými príčinami útlmu intenzity svetla v atmosfére. Rozptyl sa mení ako funkcia pomeru priemeru rozptylujúcej častice k vlnovej dĺžke svetla. Keď je tento pomer menší ako 1/10, nastáva Rayleighov rozptyl, v ktorom je koeficient rozptylu úmerný 1/λ4. Pri väčších hodnotách pomeru veľkosti rozptylujúcich častíc k vlnovej dĺžke sa zákon rozptylu mení podľa rovnice Gustava Mieho; keď je tento pomer väčší ako 10, zákony geometrickej optiky sú použiteľné s dostatočnou presnosťou pre prax.

HYPOTÉZA: Plán práce: Študovať, čo je svetlo; Preskúmajte zmenu farby priehľadného média z uhla dopadu svetelných lúčov; Podajte vedecké vysvetlenie pozorovaného javu Zmeny farby oblohy súvisia s uhlom svetelných lúčov vstupujúcich do zemskej atmosféry.

Teoretická časť Všetci videli, ako sa všetky farby dúhy trblietajú, okraje krištáľu, malé kvapky rosy. Čo sa deje? Na priehľadné bezfarebné telá totiž dopadajú lúče bieleho slnečného svetla. Tieto javy sú ľuďom známe už dlho. Dlho sa verilo, že biele svetlo je najjednoduchšie a vytvorené farby sú špeciálne vlastnosti nejaké tel.

1865 James Maxwell. Vytvoril teóriu elektromagnetických vĺn. Svetlo je rokom EMW. Heinrich Hertz objavil spôsob, ako vytvoriť a distribuovať EMW.

Svetlo je elektromagnetické vlny, predstavujúce súbor vĺn s rôznymi dĺžkami. Svojím zrakom vnímame malý interval dĺžok EMW ako svetlo. Spoločne nám tieto vlny dávajú biele svetlo. A ak z tohto intervalu vyberieme nejakú časť vĺn, tak ich vnímame ako svetlo s nejakou farbou. Existuje celkovo sedem základných farieb.

Priebeh pokusu: Nádobu (akvárium) naplníme vodou; Pridajte do vody trochu mlieka (sú to čiastočky prachu) Svetlo z baterky smerujeme zhora na vodu; Toto je farba oblohy na poludnie. Zmeňte uhol dopadu svetla na vodu od 0 do 90. Pozorujte zmenu farby.

Záver: Zmena farby oblohy závisí od uhla, pod ktorým svetelné lúče vstupujú do zemskej atmosféry. Farba oblohy sa počas dňa mení z modrej na červenú. A keď svetlo nevstúpi do atmosféry, potom na toto miesto na Zemi padne noc. V noci, keď je priaznivé počasie, sa k nám dostáva svetlo vzdialených hviezd a Mesiac svieti odrazeným svetlom.

Všetci sme zvyknutí na to, že farba oblohy je premenlivá charakteristika. Hmla, mraky, denná doba - všetko ovplyvňuje farbu kupoly nad hlavou. Jeho každodenná obmena nezamestnáva myseľ väčšiny dospelých, čo sa o deťoch povedať nedá. Neustále sa čudujú, prečo je obloha z hľadiska fyziky modrá alebo čo sfarbuje západ slnka do červena. Pokúsme sa pochopiť tieto nie najjednoduchšie otázky.

premenlivý

Stojí za to začať s odpoveďou na otázku, čo je v skutočnosti obloha. V starovekom svete to bolo naozaj vidieť ako kupola pokrývajúca Zem. Dnes však už len málokto nevie, že nech sa zvedavý bádateľ postaví akokoľvek vysoko, na túto kupolu sa nedostane. Obloha nie je vec, ale skôr panoráma, ktorá sa otvára pri pohľade z povrchu planéty, akýsi vzhľad utkaný zo svetla. Navyše, ak budete pozorovať z rôznych bodov, môže to vyzerať inak. Takže z toho, čo vystúpilo nad oblaky, sa otvára úplne iný pohľad ako zo zeme v tomto období.

Jasná obloha je modrá, ale akonáhle sa do nej vbehnú mraky, zmení sa na sivú, olovenú alebo sivobielu. Nočná obloha je čierna, občas na nej vidieť červenkasté plochy. To je odrazom umelého osvetlenia mesta. Dôvodom všetkých takýchto zmien je svetlo a jeho interakcia so vzduchom a časticami rôznych látok v ňom.

Povaha farby

Aby ste mohli odpovedať na otázku, prečo je obloha z hľadiska fyziky modrá, musíte si spomenúť, aká je farba. Toto je vlna určitej dĺžky. Svetlo prichádzajúce zo Slnka na Zem je vnímané ako biele. Dokonca aj z Newtonových experimentov je známe, čo je lúč siedmich lúčov: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová a fialová. Farby sa líšia vlnovou dĺžkou. Červeno-oranžové spektrum zahŕňa vlny, ktoré sú v tomto parametri najpôsobivejšie. časti spektra sa vyznačujú krátkou vlnovou dĺžkou. K rozkladu svetla na spektrum dochádza pri jeho zrážke s molekulami rôznych látok, pričom časť vĺn môže pohltiť a časť rozptýliť.

Vyšetrovanie príčiny

Mnohí vedci sa snažili vysvetliť, prečo je obloha modrá, z hľadiska fyziky. Všetci výskumníci sa snažili objaviť jav alebo proces, ktorý rozptyľuje svetlo v atmosfére planéty takým spôsobom, že sa k nám v dôsledku toho dostane len modrá. Prvými kandidátmi na úlohu takýchto častíc boli vody. Verilo sa, že absorbujú červené svetlo a prepúšťajú modré svetlo, v dôsledku čoho vidíme modrú oblohu. Následné výpočty však ukázali, že množstvo ozónu, ľadových kryštálikov a molekúl vodnej pary, ktoré sa nachádza v atmosfére, nestačí na to, aby obloha získala modrú farbu.

Dôvod znečistenia

V ďalšej fáze výskumu John Tyndall navrhol, že úlohu požadovaných častíc zohráva prach. Modré svetlo má najväčšiu odolnosť voči rozptylu, a preto je schopné prechádzať všetkými vrstvami prachu a iných suspendovaných častíc. Tyndall uskutočnil experiment, ktorý potvrdil jeho predpoklad. V laboratóriu vytvoril model smogu a nasvietil ho jasným bielym svetlom. Smog nabral modrý odtieň. Vedec zo svojej štúdie vyvodil jednoznačný záver: farbu oblohy určujú prachové častice, teda ak bol zemský vzduch čistý, tak nad hlavami ľudí nežiarila modrá, ale biela obloha.

Pánova štúdia

Posledný bod k otázke, prečo je obloha modrá (z hľadiska fyziky), dal anglický vedec Lord D. Rayleigh. Dokázal, že to nie je prach ani smog, čo vyfarbí priestor nad našimi hlavami v nám známom odtieni. Je to samo o sebe vo vzduchu. Molekuly plynu absorbujú najväčšie a predovšetkým najdlhšie vlnové dĺžky ekvivalentné červenej. Modrá sa rozplynie. Presne to dnes vysvetľuje, akú farbu oblohy vidíme za jasného počasia.

Pozorný si všimne, že podľa logiky vedcov by mala byť kupola nad hlavou fialová, pretože práve táto farba má najkratšiu vlnovú dĺžku vo viditeľnom rozsahu. Nie je to však chyba: podiel fialovej v spektre je oveľa menší ako modrý a ľudské oko je naň citlivejšie. V skutočnosti je modrá, ktorú vidíme, výsledkom zmiešania modrej s fialovou a niektorými ďalšími farbami.

západy slnka a mraky

Každý to vie v iný čas dní je možné vidieť iná farba obloha. Fotografie najkrajších západov slnka nad morom alebo jazerom sú toho skvelou ilustráciou. Najrôznejšie odtiene červenej a žltej v kombinácii s modrou a tmavomodrou robia takúto podívanú nezabudnuteľnou. A vysvetľuje sa to rovnakým rozptylom svetla. Faktom je, že počas západu a úsvitu musia slnečné lúče prekonať oveľa dlhšiu dráhu atmosférou ako vo výške dňa. V tomto prípade sa svetlo modrozelenej časti spektra rozptýli v rôznych smeroch a oblaky nachádzajúce sa v blízkosti horizontu sa zafarbia do červených odtieňov.

Keď oblohu zakryjú mraky, obraz sa úplne zmení. nedokážu prekonať hustú vrstvu a väčšina z nich jednoducho nedosiahne zem. Lúče, ktorým sa podarilo prejsť cez oblaky, sa stretávajú s vodnými kvapkami dažďa a mrakmi, ktoré opäť skresľujú svetlo. V dôsledku všetkých týchto premien sa k Zemi dostane biele svetlo, ak sú oblaky malé, a sivé, keď oblohu zakryjú pôsobivé oblaky, ktoré po druhýkrát pohltia časť lúčov.

Iná obloha

Zaujímavé je, že na iných planétach slnečná sústava pri pohľade z povrchu možno vidieť oblohu, veľmi odlišnú od zeme. Na vesmírnych objektoch zbavených atmosféry, slnečné lúče voľne dosiahnuť na povrch. Výsledkom je, že obloha je tu čierna, bez akéhokoľvek odtieňa. Takýto obraz je možné vidieť na Mesiaci, Merkúre a Plutu.

Marťanská obloha má červeno-oranžový odtieň. Dôvodom je prach, ktorý je nasýtený atmosférou planéty. Je zafarbená v rôzne odtienečervená a oranžová. Keď Slnko vyjde nad horizont, marťanská obloha sa zmení na ružovo-červenú, zatiaľ čo jej časť, ktorá bezprostredne obklopuje disk hviezdy, sa javí ako modrá alebo dokonca fialová.

Obloha nad Saturnom má rovnakú farbu ako na Zemi. Nad Uránom sa rozprestiera akvamarínové nebo. Dôvodom je metánový opar nachádzajúci sa v horných planétach.

Venušu pred zrakmi výskumníkov skrýva hustá vrstva mrakov. Nedovoľuje, aby sa lúče modrozeleného spektra dostali na povrch planéty, takže obloha je tu žltooranžová so sivým pruhom pozdĺž horizontu.

Štúdium denného priestoru nad hlavou odhaľuje o nič menej zázrakov ako štúdium hviezdnej oblohy. Pochopenie procesov prebiehajúcich v oblakoch a za nimi pomáha pochopiť príčinu vecí, ktoré sú bežnému človeku celkom známe, ktoré však nie každý dokáže hneď vysvetliť.

Radosť vidieť a pochopiť
je najkrajším darom prírody.
Albert Einstein

Záhada oblohy modrej

Prečo je nebo modré?...

Neexistuje taký človek, ktorý by o tom aspoň raz v živote nepremýšľal. Stredovekí myslitelia sa snažili vysvetliť pôvod farby oblohy. Niektorí z nich navrhli, že modrá je skutočnou farbou vzduchu alebo niektorých plynov, ktoré ho tvoria. Iní si mysleli, že skutočná farba oblohy je čierna, ako vyzerá v noci. Cez deň sa k bielej - slnečným lúčom pridá aj čierna farba oblohy a vyjde z toho ... modrá.

Teraz možno nestretnete človeka, ktorý by chcel získať modrú farbu a zmiešal by čiernu a bielu. A boli časy, keď zákony miešania farieb boli stále nejasné. Nainštaloval ich len pred tristo rokmi Newton.

Newton sa začal zaujímať aj o záhadu azúrovej oblohy. Začal odmietaním všetkých doterajších teórií.

Po prvé, tvrdil, zmes bielej a čiernej nikdy nevytvára modrú. Po druhé, modrá vôbec nie je skutočnou farbou vzduchu. Ak by to tak bolo, potom by sa Slnko a Mesiac pri západe slnka nezdali červené, ako v skutočnosti sú, ale modré. Vrcholy vzdialených zasnežených hôr by vyzerali takto.

Predstavte si, že vzduch je farebný. Aj keď je to veľmi slabé. Potom by jeho hrubá vrstva pôsobila ako farebné sklo. A ak sa pozriete cez farebné sklo, všetky predmety budú mať rovnakú farbu ako toto sklo. Prečo sa nám vzdialené zasnežené štíty zdajú ružové a už vôbec nie modré?

V spore s jeho predchodcami bola pravda na Newtonovej strane. Dokázal, že vzduch nie je farebný.

No aj tak nevyriešil hádanku azúrovej oblohy. Zmiatol ho dúha, jeden z najkrajších, poetických úkazov prírody. Prečo sa zrazu objaví a rovnako náhle zmizne? Newton sa nemohol uspokojiť s prevládajúcou poverou: dúha je znamením zhora, predpovedá dobré počasie. Snažil sa nájsť materiálnu príčinu každého javu. Zistil aj príčinu dúhy.

Dúha je výsledkom lomu svetla v kvapkách dažďa. Keď si to Newton uvedomil, dokázal vypočítať tvar dúhového oblúka a vysvetliť postupnosť farieb v dúhe. Jeho teória nedokázala vysvetliť len výskyt dvojitej dúhy, ale to sa podarilo až o tri storočia neskôr pomocou veľmi zložitej teórie.

Úspech teórie dúhy Newtona zhypnotizoval. Mylne dospel k záveru, že modrá farba oblohy a dúha majú rovnakú príčinu. Dúha sa skutočne rozžiari, keď slnečné lúče prerazia roj dažďových kvapiek. Ale modrosť oblohy je viditeľná nielen v daždi! Naopak, práve za jasného počasia, keď nie je ani náznak dažďa, je obloha obzvlášť modrá. Ako si to veľký vedec nevšimol? Newton si myslel, že najmenšie vodné bublinky, ktoré podľa jeho teórie tvoria len modrú časť dúhy, sa vznášajú vo vzduchu za každého počasia. Ale toto bol klam.

Prvé rozhodnutie

Uplynulo takmer 200 rokov a tejto problematiky sa chopil ďalší anglický vedec Rayleigh, ktorý sa nebál, že aj veľký Newton bol nad sily tejto úlohy.

Rayleigh študoval optiku. A ľudia, ktorí zasvätili svoj život štúdiu svetla, trávia veľa času v tme. Cudzie svetlo narúša tie najjemnejšie experimenty, takže okná optického laboratória sú takmer vždy zakryté čiernymi, nepreniknuteľnými závesmi.

Rayleigh zostal celé hodiny sám vo svojom ponurom laboratóriu s lúčmi svetla unikajúcimi z prístrojov. V dráhe lúčov vírili ako živé čiastočky prachu. Boli jasne osvetlené, a preto vynikli na tmavom pozadí. Vedec, možno dlho zamyslený, sledoval ich plynulé pohyby, rovnako ako človek sleduje iskry v krbe.

Neboli to práve tieto prachové častice tancujúce v lúčoch svetla, čo Rayleighovi podnietilo novú predstavu o pôvode farby oblohy?

Už v staroveku bolo známe, že svetlo sa šíri priamočiaro. Tento dôležitý objav mohol urobiť primitívny človek, ktorý sledoval, ako slnečné lúče prenikajú cez škáry chatrče a dopadajú na steny a podlahu.

Sotva ho však trápila myšlienka, prečo vidí svetelné lúče, keď sa na ne pozerá zboku. A tu je niečo na zamyslenie. Koniec koncov, slnečné svetlo je lúč od trhliny k podlahe. Oko pozorovateľa je umiestnené stranou a napriek tomu toto svetlo vidí.

Vidíme aj svetlo z reflektora namiereného na oblohu. To znamená, že časť svetla sa nejako odchýli od priamej dráhy a ide do nášho oka.

Čo ho núti odbočiť z cesty? Ukazuje sa, že rovnaké prachové častice, ktoré plnia vzduch. Lúče, ktoré sú rozptýlené zrnkom prachu, vstupujú do nášho oka, ktoré pri stretnutí s prekážkami odbočujú z cesty a šíria sa v priamej línii od rozptyľujúcej sa škvrny do nášho oka.

"Sfarbujú tieto prachové častice oblohu na modro?" Rayleigh si jedného dňa pomyslel. Počítal a tušenie sa zmenilo na istotu. Našiel vysvetlenie pre modrú farbu oblohy, červené úsvity a modrý opar! No, samozrejme, najmenšie prachové častice, ktorých rozmery sú menšie ako vlnová dĺžka svetla, rozptyľujú slnečné svetlo a čím silnejšie, tým kratšia je vlnová dĺžka, oznámil Rayleigh v roku 1871. A keďže fialové a modré lúče vo viditeľnom slnečnom spektre majú najkratšiu vlnovú dĺžku, rozptyľujú sa najsilnejšie, čím obloha získava modrú farbu.

Slnko a zasnežené vrchy poslúchli Rayleighov výpočet. Dokonca potvrdili teóriu vedca. Pri východe a západe slnka, keď slnečné svetlo prechádza najväčšou hrúbkou vzduchu, sú fialové a modré lúče, hovorí Rayleighova teória, rozptýlené najsilnejšie. Zároveň sa odchyľujú od priamej cesty a nepadajú do očí pozorovateľa. Pozorovateľ vidí najmä červené lúče, ktoré sa rozptyľujú oveľa slabšie. Preto pri východe a západe slnka sa nám slnko javí ako červené. Z rovnakého dôvodu sa ružovo javia aj vrcholy vzdialených zasnežených hôr.

Pri pohľade na jasnú oblohu vidíme modro-modré lúče, ktoré sa vplyvom rozptylu odchyľujú od priamej cesty a dopadajú nám do očí. A modrý sa nám zdá aj opar, ktorý občas vidíme blízko horizontu.

Nepríjemná maličkosť

Nie je to krásne vysvetlenie? Sám Rayleigh bol tým tak unesený, vedci boli takí ohromení harmóniou teórie a Rayleighovým víťazstvom nad Newtonom, že si nikto z nich nevšimol jednu jednoduchú vec. A táto maličkosť však mala úplne zmeniť ich hodnotenie.

Kto popiera, že ďaleko od mesta, kde je vo vzduchu oveľa menej prachu, je modrá farba oblohy obzvlášť jasná a jasná? Pre samotného Rayleigha bolo ťažké to poprieť. Takže... nerozptyľujú prachové častice svetlo? Potom čo?

Opäť zrevidoval všetky svoje výpočty a uistil sa, že jeho rovnice sú správne, ale to znamená, že prachové častice v skutočnosti nie sú rozptýlené častice. Prachové častice, ktoré sa nachádzajú vo vzduchu, sú navyše oveľa väčšie ako vlnová dĺžka svetla a Rayleighove výpočty Rayleigha presvedčili, že ich veľká akumulácia modrosť oblohy nezvýši, ale naopak zoslabuje. Rozptyl svetla veľkými časticami slabo závisí od vlnovej dĺžky, a preto nespôsobuje zmenu jeho farby.

Keď je svetlo rozptýlené veľkými časticami, rozptýlené aj prechádzajúce svetlo zostáva biele, takže výskyt veľkých častíc vo vzduchu dáva oblohe belavú farbu a hromadenie veľkého počtu veľkých kvapiek spôsobuje biela farba mraky a hmla. To sa dá ľahko skontrolovať na bežnej cigarete. Dym vychádzajúci z neho zo strany náustku sa zdá byť vždy belavý a dym stúpajúci z jeho horiaceho konca má modrastú farbu.

Najmenšie čiastočky dymu stúpajúce z horiaceho konca cigarety sú menšie ako vlnová dĺžka svetla a v súlade s Rayleighovou teóriou sa rozptyľujú prevažne fialovo a modro. Ale pri prechode úzkymi kanálikmi v hrúbke tabaku sa čiastočky dymu zlepia (koagulujú) a spoja sa do väčších hrudiek. Mnohé z nich sú väčšie ako vlnové dĺžky svetla a rozptyľujú všetky vlnové dĺžky svetla približne rovnako. Preto sa dym vychádzajúci zo strany náustka zdá belavý.

Áno, bolo zbytočné polemizovať a obhajovať teóriu založenú na prachových časticiach.

Pred vedcami teda opäť vyvstala záhada modrej farby oblohy. Rayleigh sa však nevzdal. Ak je modrá farba oblohy o to čistejšia a jasnejšia, čím je atmosféra čistejšia, uvažoval, potom za farbu oblohy nemôže nič iné ako samotné molekuly vzduchu. Molekuly vzduchu, napísal vo svojich nových článkoch, sú najmenšie častice, ktoré rozptyľujú svetlo slnka!

Rayleigh bol tentoraz veľmi opatrný. Predtým, ako oznámil svoj nový nápad, rozhodol sa ho otestovať, nejako overiť teóriu so skúsenosťami.

Šanca sa naskytla v roku 1906. Rayleighovi pomohol americký astrofyzik Abbott, ktorý študoval modrú žiaru oblohy na observatóriu na Mount Wilson. Spracovaním výsledkov merania jasu žiary oblohy na základe teórie Rayleighovho rozptylu Abbott vypočítal počet molekúl obsiahnutých v každom kubickom centimetri vzduchu. Ukázalo sa, že je to obrovské číslo! Stačí povedať, že ak tieto molekuly rozdelíte medzi všetkých ľudí obývajúcich zemeguľu, potom každý získa viac ako 10 miliárd týchto molekúl. V skratke Abbott zistil, že každý kubický centimeter vzduchu pri normálnej atmosférickej teplote a tlaku obsahuje 27 miliárd krát miliardu molekúl.

Je možné určiť počet molekúl v kubickom centimetri plynu rôzne cesty na základe úplne odlišných a nezávislých javov. Všetky vedú k tesne zhodným výsledkom a dávajú číslo nazývané Loschmidtovo číslo.

Toto číslo je vedcom dobre známe a viac ako raz slúžilo ako miera a kontrola pri vysvetľovaní javov vyskytujúcich sa v plynoch.

A teraz číslo, ktoré získal Abbot pri meraní žiary oblohy, sa s veľkou presnosťou zhodovalo s Loschmidtovým číslom. Ale vo svojich výpočtoch použil teóriu Rayleighovho rozptylu. Jasne sa teda dokázalo, že teória je správna, že molekulárny rozptyl svetla skutočne existuje.

Zdalo sa, že Rayleighova teória bola spoľahlivo potvrdená skúsenosťou; všetci učenci to považovali za bezchybné.

Stala sa všeobecne uznávanou a dostala sa do všetkých učebníc optiky. Dalo sa pokojne dýchať: nakoniec sa pre tento jav našlo vysvetlenie – také známe a zároveň tajomné.

O to viac prekvapuje, že v roku 1907 sa na stránkach známeho vedeckého časopisu opäť objavila otázka: prečo je nebo modré?!

Spor

Kto sa opovážil spochybniť všeobecne uznávanú Rayleighovu teóriu?

Napodiv to bol jeden z najhorlivejších fanúšikov a obdivovateľov Rayleigha. Azda nikto nedocenil a nerozumel Rayleighovi tak dobre, nepoznal jeho prácu tak dobre, nezaujímal sa o jeho vedeckú prácu ako mladý ruský fyzik Leonid Mandelstam.

- V povahe mysle Leonida Isaakoviča, - pripomenul neskôr ďalší sovietsky vedec, akademik N.D. Papaleksi - mal veľa spoločného s Rayleighom. A nie náhodou išli cesty ich vedeckej tvorivosti často súbežne a opakovane sa krížili.

V otázke pôvodu farby oblohy sa tentoraz prekrížili. Predtým mal Mandelstam rád hlavne rádiové inžinierstvo. Na začiatku nášho storočia to bola úplne nová oblasť vedy a málokto jej rozumel. Po objavení A.S. Popov (v roku 1895), prešlo len pár rokov a práce bolo nekonečné množstvo. V krátkom období Mandelstam vykonal veľa seriózneho výskumu v oblasti elektromagnetických oscilácií vo vzťahu k rádiotechnickým zariadeniam. V roku 1902 obhájil dizertačnú prácu a ako dvadsaťtriročný získal titul doktora prírodnej filozofie na univerzite v Štrasburgu.

Mandelstam, ktorý sa zaoberal otázkami budenia rádiových vĺn, prirodzene študoval diela Rayleigha, ktorý bol uznávanou autoritou v štúdiu oscilačných procesov. A mladý lekár sa mimovoľne zoznámil s problémom sfarbenia oblohy.

Keď sa však Mandelstam zoznámil s problémom sfarbenia oblohy, nielenže ukázal klam, alebo, ako sám povedal, „nedostatočnosť“ všeobecne uznávanej Rayleighovej teórie rozptylu molekulárneho svetla, nielenže odhalil tajomstvo modrej. farba oblohy, ale položil aj základ výskumu, ktorý viedol k jednému z najvýznamnejších objavov vo fyzike 20. storočia.

A všetko to začalo sporom v neprítomnosti s jedným z najväčších fyzikov, otcom kvantovej teórie, M. Planckom. Keď sa Mandelstam zoznámil s Rayleighovou teóriou, uchvátila ho svojou uzavretosťou a vnútornými paradoxmi, ktoré si na prekvapenie mladého fyzika starý, veľmi skúsený Rayleigh nevšimol. Nedostatočnosť Rayleighovej teórie bola obzvlášť jasne odhalená pri analýze inej teórie, ktorú na jej základe postavil Planck, aby vysvetlil útlm svetla, keď prechádza cez opticky homogénne priehľadné médium.

V tejto teórii sa vychádzalo z toho, že molekuly látky, cez ktorú prechádza svetlo, sú zdrojom sekundárnych vĺn. Na vytvorenie týchto sekundárnych vĺn, tvrdil Planck, sa spotrebuje časť energie prechádzajúcej vlny, ktorá je potom oslabená. Vidíme, že táto teória je založená na Rayleighovej teórii molekulárneho rozptylu a spolieha sa na jej autoritu.

Najjednoduchší spôsob, ako pochopiť podstatu veci, je zvážiť vlny na hladine vody. Ak sa vlna stretne so stacionárnymi alebo plávajúcimi predmetmi (hromady, polená, člny atď.), Potom sa malé vlny rozptýlia vo všetkých smeroch od týchto predmetov. Toto nie je nič iné ako rozhadzovanie. Časť energie dopadajúcej vlny sa minie na vybudenie sekundárnych vĺn, ktoré sú v optike celkom analogické s rozptýleným svetlom. V tomto prípade je počiatočná vlna oslabená - rozpadá sa.

Plávajúce predmety môžu byť oveľa menšie ako vlnová dĺžka prechádzajúca vodou. Dokonca aj malé zrná spôsobia sekundárne vlny. Samozrejme, keď sa veľkosť častíc zmenšuje, sekundárne vlny, ktoré tvoria, slabnú, ale stále budú odoberať energiu hlavnej vlny.

Takto si Planck predstavoval proces zoslabovania svetelnej vlny pri jej prechode plynom, no úlohu zŕn v jeho teórii zohrávali molekuly plynu.

Mandelstam sa začal zaujímať o toto Planckovo dielo.

Mandelstamov myšlienkový pochod možno vysvetliť aj na príklade vĺn na hladine vody. Len to treba dôkladnejšie zvážiť. Takže aj malé zrnká plávajúce na hladine vody sú zdrojom sekundárnych vĺn. Čo sa však stane, ak tieto zrná nasypete tak husto, že pokrývajú celý povrch vody? Potom to dopadne tak, že jednotlivé sekundárne vlny, spôsobené početnými zrnkami, sa sčítajú tak, že úplne zhasnú tie časti vĺn, ktoré sa rozbiehajú do strán a dozadu, a rozptyl sa zastaví. Vpred bude prebiehať iba vlna. Dopredu sa rozbehne úplne bez oslabenia. Jediným výsledkom prítomnosti celej hmoty zŕn bude určité zníženie rýchlosti šírenia primárnej vlny. Je obzvlášť dôležité, aby to všetko nezáviselo od toho, či sú zrná nehybné alebo či sa pohybujú po hladine vody. Agregát zŕn bude jednoducho pôsobiť ako záťaž na povrchu vody, čím sa zmení hustota jej hornej vrstvy.

Mandelstam urobil matematický výpočet pre prípad, keď je počet molekúl vo vzduchu taký veľký, že aj na takej malej ploche, akou je vlnová dĺžka svetla, je obsiahnutých veľmi veľké množstvo molekúl. Ukázalo sa, že v tomto prípade sa sekundárne svetelné vlny excitované jednotlivými náhodne sa pohybujúcimi molekulami sčítavajú rovnako ako vlny v príklade so zrnami. To znamená, že v tomto prípade sa svetelná vlna šíri bez rozptylu a útlmu, ale o niečo nižšou rýchlosťou. To vyvrátilo teóriu Rayleigha, ktorý sa domnieval, že pohyb rozptylujúcich častíc vo všetkých prípadoch zabezpečuje rozptyl vĺn, a preto vyvrátil Planckovu teóriu založenú na nej.

Pod základom teórie rozptylu bol teda objavený piesok. Celá majestátna budova sa triasla a hrozilo, že sa zrúti.

Náhoda

Ale čo určenie Loschmidtovho čísla z meraní žiary modrej oblohy? Experiment napokon potvrdil Rayleighovu teóriu rozptylu!

„Túto zhodu okolností treba považovať za náhodnú,“ napísal Mandelstam v roku 1907 vo svojom diele „O opticky homogénnych a zakalených médiách“.

Mandelstam ukázal, že náhodný pohyb molekúl nemôže urobiť plyn homogénnym. Naopak, v skutočnom plyne vždy dochádza k najmenšiemu zriedeniu a zhutneniu, ktoré vznikajú v dôsledku chaotického tepelného pohybu. Sú to tie, ktoré vedú k rozptylu svetla, pretože narúšajú optickú rovnomernosť vzduchu. V tej istej práci Mandelstam napísal:

"Ak je médium opticky nehomogénne, potom sa vo všeobecnosti dopadajúce svetlo rozptýli aj do strán."

Ale keďže rozmery nehomogenít vznikajúcich v dôsledku chaotického pohybu sú menšie ako vlnová dĺžka svetelných vĺn, budú vlny zodpovedajúce fialovej a modrej časti spektra rozptýlené prevažne. A to vedie najmä k modrej farbe oblohy.

Tak bola hádanka azúrovej oblohy konečne vyriešená. Teoretickú časť vypracoval Rayleigh. Fyzikálnu povahu rozptylovačov stanovil Mandelstam.

Veľká Mandelstamova zásluha spočíva v tom, že dokázal, že predpoklad dokonalej homogenity plynu je nezlučiteľný s tým, že je v ňom rozptýlené svetlo. Uvedomil si, že modrá farba oblohy dokazuje, že homogenita plynov je len zdanlivá. Presnejšie povedané, plyny sa zdajú byť homogénne iba pri skúmaní hrubými prístrojmi, akými sú barometer, váhy alebo iné prístroje, na ktoré pôsobí naraz mnoho miliárd molekúl. Svetelný lúč však sníma neporovnateľne menšie množstvá molekúl, merané len v desiatkach tisíc. A to stačí na to, aby sme nepopierateľne potvrdili, že hustota plynu neustále podlieha malým lokálnym zmenám. Preto je homogénne médium z nášho „drsného“ pohľadu v skutočnosti nehomogénne. Z „hľadiska svetla“ sa javí zakalený a preto svetlo rozptyľuje.

Náhodné lokálne zmeny vlastností hmoty, vyplývajúce z tepelného pohybu molekúl, sa dnes nazývajú fluktuácie. Po objasnení fluktuačného pôvodu rozptylu molekulárneho svetla Mandelstam vydláždil cestu novej metóde štúdia hmoty - fluktuačnej alebo štatistickej metóde, ktorú neskôr vyvinuli Smoluchovský, Lorentz, Einstein a on sám do nového hlavného odboru fyziky - štatistickej fyziky.

Obloha sa musí trblietať!

Tak bolo odhalené tajomstvo modrej farby oblohy. Štúdium rozptylu svetla tam však neskončilo. Mandelstam, ktorý upozornil na takmer nepostrehnuteľné zmeny v hustote vzduchu a vysvetlil sfarbenie oblohy kolísavým rozptylom svetla, so svojím zostreným inštinktom vedca objavil novú, ešte jemnejšiu črtu tohto procesu.

Nehomogenity vzduchu sú totiž spôsobené náhodnými výkyvmi jeho hustoty. Veľkosť týchto náhodných nehomogenít, hustota zrazenín, sa mení s časom. Preto by sa podľa vedca mala časom meniť aj intenzita – sila rozptýleného svetla! Koniec koncov, čím hustejšie sú zhluky molekúl, tým intenzívnejšie sa na nich rozptyľuje svetlo. A keďže sa tieto zrazeniny objavujú a miznú náhodne, obloha, jednoducho povedané, by mala blikať! Sila jeho žiary a jeho farba by sa mali neustále meniť (ale veľmi slabo)! Všimol si však už niekto takéto blikanie? Samozrejme, že nie.

Tento efekt je taký jemný jednoduchým okom nevšimneš si to.

Nikto z vedcov tiež nepozoroval takúto zmenu v žiare oblohy. Ani samotný Mandelstam nemal možnosť overiť si závery svojej teórie. Organizovaniu najkomplexnejších experimentov bránili najskôr biedne podmienky cárskeho Ruska a potom ťažkosti prvých rokov revolúcie, zahraničnej intervencie a občianskej vojny.

V roku 1925 sa Mandelstam stal vedúcim katedry na Moskovskej univerzite. Tu sa stretol s vynikajúcim vedcom a skúseným experimentátorom Grigorijom Samuilovičom Landsbergom. A tak, spojení hlbokým priateľstvom a spoločnými vedeckými záujmami, spoločne pokračovali v útoku na tajomstvá skryté v slabých lúčoch rozptýleného svetla.

Optické laboratóriá univerzity boli v tých rokoch ešte veľmi chudobné na prístroje. Na univerzite nebol jediný prístroj, ktorý by dokázal rozpoznať blikanie oblohy alebo tie malé rozdiely vo frekvenciách dopadajúceho a rozptýleného svetla, ktoré teória predpovedala, boli výsledkom tohto blikania.

To však výskumníkov nezastavilo. Opustili myšlienku napodobňovania oblohy v laboratóriu. To by len skomplikovalo už aj tak jemný zážitok. Rozhodli sa študovať nie rozptyl bieleho – komplexného svetla, ale rozptyl lúčov jednej, presne definovanej frekvencie. Ak presne poznajú frekvenciu dopadajúceho svetla, bude oveľa jednoduchšie hľadať tie frekvencie v jeho blízkosti, ktoré by mali vzniknúť pri rozptyle. Okrem toho teória naznačila, že pozorovania sa dajú ľahšie robiť v pevných látkach, pretože molekuly v nich sú umiestnené oveľa bližšie ako v plynoch a čím je látka hustejšia, tým väčší je rozptyl.

Začalo sa usilovné hľadanie najvhodnejších materiálov. Nakoniec padla voľba na kryštály kremeňa. Jednoducho preto, že veľké priehľadné kryštály kremeňa sú cenovo dostupnejšie ako akékoľvek iné.

Prípravné experimenty trvali dva roky, vybrali sa najčistejšie vzorky kryštálov, zlepšila sa technika, stanovili sa znaky, podľa ktorých bolo možné nespochybniteľne rozlíšiť rozptyl na molekulách kremeňa od rozptylu na náhodných inklúziách, kryštálových nehomogenít a nečistôt.

Dômysel a práca

Keďže im chýbalo výkonné vybavenie na spektrálnu analýzu, vedci zvolili dômyselné riešenie, ktoré malo umožniť použitie dostupných nástrojov.

Hlavným problémom v tejto práci bolo, že slabé svetlo spôsobené molekulárnym rozptylom bolo superponované oveľa silnejším svetlom rozptýleným malými nečistotami a inými defektmi tých vzoriek kryštálov, ktoré bolo možné získať pre experimenty. Vedci sa rozhodli využiť skutočnosť, že rozptýlené svetlo, tvorené defektmi kryštálov a odrazmi z rôznych častí nastavenia, presne zodpovedá frekvencii dopadajúceho svetla. Zaujímalo ich len svetlo s frekvenciou zmenenou v súlade s Mandelstamovou teóriou.Úlohou teda bolo izolovať svetlo so zmenenou frekvenciou spôsobenou molekulárnym rozptylom na pozadí tohto oveľa jasnejšieho svetla.

Aby malo rozptýlené svetlo registrovateľnú hodnotu, rozhodli sa vedci osvetliť kremeň tým najvýkonnejším osvetľovacím zariadením, aké majú k dispozícii: ortuťovou výbojkou.

Svetlo rozptýlené v kryštáli sa teda musí skladať z dvoch častí: slabé svetlo so zmenenou frekvenciou v dôsledku molekulárneho rozptylu (štúdium tejto časti bolo cieľom vedcov) a oveľa silnejšie svetlo s nezmenenou frekvenciou spôsobené vonkajšími vplyvmi. príčin (táto časť bola škodlivá, sťažovala výskum.

Myšlienka metódy bola atraktívna pre svoju jednoduchosť: je potrebné absorbovať svetlo konštantnej frekvencie a nechať do spektrálneho aparátu prechádzať len svetlo so zmenenou frekvenciou. Ale frekvenčné rozdiely boli len niekoľko tisícin percent. Žiadne laboratórium na svete nemalo filter schopný oddeliť také blízke frekvencie. Našlo sa však riešenie.

Nádobou s ortuťovými parami prechádzalo rozptýlené svetlo. V dôsledku toho všetko „škodlivé“ svetlo „uviazlo“ v nádobe a „užitočné“ svetlo prešlo bez viditeľného oslabenia. V tomto prípade experimentátori využili jednu už známu okolnosť. Atóm hmoty je podľa kvantovej fyziky schopný vyžarovať svetelné vlny len celkom určitých frekvencií. Tento atóm je však tiež schopný absorbovať svetlo. A len svetelné vlny tých frekvencií, ktoré on sám dokáže vyžarovať.

V ortuťovej výbojke je svetlo vyžarované ortuťovými parami, ktoré žiaria pod vplyvom elektrického výboja, ktorý sa vyskytuje vo vnútri výbojky. Ak toto svetlo prejde nádobou obsahujúcou aj ortuťové pary, bude takmer úplne absorbované. Stane sa to, čo teória predpovedá: atómy ortuti v nádobe pohltia svetlo vyžarované atómami ortuti v lampe.

Svetlo z iných zdrojov, ako je napríklad neónová lampa, prejde ortuťovými parami bez poškodenia. Atómy ortuti tomu ani nebudú venovať pozornosť. Neabsorbuje sa ani tá časť svetla ortuťovej výbojky, ktorá bola rozptýlená v kremeni so zmenou vlnovej dĺžky.

Práve túto príhodnú okolnosť využili Mandelstam a Landsberg.

Úžasný objav

V roku 1927 sa začali rozhodujúce experimenty. Vedci osvetlili kryštál kremeňa svetlom ortuťovej výbojky a výsledky spracovali. A... boli prekvapení.

Výsledky experimentu boli neočakávané a nezvyčajné. Vedci vôbec nenašli to, čo očakávali, nie to, čo predpovedala teória. Objavili úplne nový fenomén. Ale čo? A nie je to chyba? V rozptýlenom svetle sa našli neočakávané frekvencie, ale oveľa vyššie a nižšie frekvencie. V spektre rozptýleného svetla sa objavila celá kombinácia frekvencií, ktoré vo svetle dopadajúcom na kremeň neboli. Bolo jednoducho nemožné vysvetliť ich vzhľad optickými nehomogenitami v kremeni.

Začala sa dôkladná kontrola. Experimenty prebehli bezchybne. Boli koncipované tak vtipne, dokonale a vynaliezavo, že nebolo možné ich neobdivovať.

- Leonid Isaakovich niekedy vyriešil veľmi ťažké technické problémy tak krásne a niekedy brilantne jednoducho, že každý z nás mal mimovoľne otázku: "Prečo ma to nenapadlo skôr?" - hovorí jeden zo zamestnancov.

Rôzne kontrolné experimenty tvrdohlavo potvrdili, že nedošlo k žiadnej chybe. Na fotografiách spektra rozptýleného svetla sa neustále objavovali slabé a napriek tomu celkom zreteľné čiary, čo naznačuje prítomnosť „extra“ frekvencií v rozptýlenom svetle.

Vedci dlhé mesiace hľadali vysvetlenie tohto javu. Odkiaľ sa v rozptýlenom svetle vzali „cudzie“ frekvencie?!

A prišiel deň, keď Mandelstamovi svitlo úžasné pochopenie. Bol to úžasný objav, ktorý je dnes považovaný za jeden z najdôležitejších objavov 20. storočia.

Mandelstam aj Landsberg však dospeli k jednomyseľnému rozhodnutiu, že tento objav možno zverejniť až po solídnom overení, po vyčerpávajúcom preniknutí do hlbín javu. Začali sa posledné experimenty.

S pomocou slnka

16. februára indickí vedci Ch.N. Raman a K.S. Krishnan poslal do tohto denníka telegram z Kalkaty s krátkym popisom svojho objavu.

V tých rokoch sa listy o najrozmanitejších objavoch hrnuli do časopisu „Priroda“ z celého sveta. Ale nie každá správa je určená na to, aby vyvolala medzi vedcami vzrušenie. Keď vyšlo číslo s listom indických vedcov, fyzici boli veľmi nadšení. Už názov poznámky – „Nový typ sekundárneho žiarenia“ vzbudil záujem. Optika je predsa jedna z najstarších vied, v 20. storočí v nej nebolo často možné objaviť niečo neznáme.

Možno si predstaviť, s akým záujmom fyzici celého sveta očakávali nové listy z Kalkaty.

Ich záujem v nemalej miere podnietila aj samotná osobnosť jedného z autorov objavu, Ramana. Toto je muž zvláštneho osudu a vynikajúcej biografie, veľmi podobnej Einsteinovej. Einstein bol v mladosti jednoduchým učiteľom na gymnáziu a potom zamestnancom patentového úradu. V tomto období dokončil najvýznamnejšie zo svojich diel. Raman, brilantný fyzik, bol aj po ukončení univerzity nútený slúžiť desať rokov na katedre financií a až potom bol pozvaný na katedru univerzity v Kalkate. Raman sa čoskoro stal uznávaným vedúcim indickej školy fyziky.

Krátko pred opísanými udalosťami boli Raman a Krishnan unesení kurióznou úlohou. Potom vášne spôsobené v roku 1923 objavom amerického fyzika Comptona, ktorý pri štúdiu prechodu röntgenových lúčov hmotou ešte neutíchli, zistil, že časť týchto lúčov, rozptyľujúcich sa mimo pôvodného smeru, zväčšuje svoju vlnovú dĺžku. Preložené do jazyka optikov môžeme povedať, že röntgenové lúče, ktoré sa zrazili s molekulami látky, zmenili svoju „farbu“.

Tento jav sa dal ľahko vysvetliť zákonmi kvantovej fyziky. Preto bol Comptonov objav jedným z rozhodujúcich dôkazov správnosti mladej kvantovej teórie.

Niečo podobné, ale už v optike, sme sa rozhodli vyskúšať. objavte indických vedcov. Chceli prechádzať svetlom cez látku a vidieť, ako sa jeho lúče rozptýlia na molekulách látky a či sa zmení ich vlnová dĺžka.

Ako vidíte, chtiac či nechtiac si indickí vedci stanovili rovnakú úlohu ako sovietski vedci. Ich ciele však boli iné. Kalkata hľadala optickú analógiu Comptonovho efektu. V Moskve - experimentálne potvrdenie Mandelstamovej predpovede o zmene frekvencie pri rozptyle svetla kolísajúcimi nehomogenitami.

Raman a Krishnan vymysleli náročný experiment, pretože očakávaný efekt mal byť extrémne malý. Na experiment bol potrebný veľmi jasný zdroj svetla. A potom sa rozhodli použiť slnko a zbierať jeho lúče pomocou ďalekohľadu.

Priemer jeho šošovky bol rovných osemnásť centimetrov. Vedci nasmerovali zozbierané svetlo cez hranol do nádob, v ktorých boli umiestnené kvapaliny a plyny, dôkladne očistené od prachu a iných nečistôt.

Ale detekcia očakávanej malej vlnovej dĺžky rozptýleného svetla pomocou bieleho slnečného svetla, obsahujúceho takmer všetky možné vlnové dĺžky, bola beznádejná. Vedci sa preto rozhodli použiť svetelné filtre. Pred šošovku dali modrofialový filter a cez žltozelený filter pozorovali rozptýlené svetlo. Správne sa rozhodli, že to, čo prejde cez prvý filter, sa zasekne v druhom. Žltozelený filter totiž pohltí modrofialové lúče vysielané prvým filtrom. A obe umiestnené za sebou musia absorbovať všetko dopadajúce svetlo. Ak však nejaké lúče dopadnú do oka pozorovateľa, potom bude možné s istotou povedať, že neboli v dopadajúcom svetle, ale zrodili sa v skúmanej látke.

Columba

Raman a Krishnan skutočne našli lúče v rozptýlenom svetle prechádzajúce cez druhý filter. Opravili dodatočné frekvencie. V princípe by to mohol byť optický Comptonov efekt. To znamená, že pri rozptýlení molekulami látky v cievach by modrofialové svetlo mohlo zmeniť svoju farbu a stať sa žltozeleným. To však ešte bolo potrebné dokázať. Môžu existovať aj iné dôvody, ktoré spôsobujú vzhľad žltozeleného svetla. Napríklad sa môže objaviť v dôsledku luminiscencie - slabej žiary, ktorá sa často vyskytuje v kvapalinách a pevných látkach pod vplyvom svetla, tepla a iných príčin. Očividne tu bola jedna vec – toto svetlo sa znovu zrodilo, nebolo obsiahnuté v dopadacom svetle.

Vedci svoj experiment zopakovali so šiestimi rôznymi kvapalinami a dvoma typmi pár. Postarali sa o to, aby tu nehrala rolu ani luminiscencia, ani iné príčiny.

Skutočnosť, že vlnová dĺžka viditeľného svetla sa zväčšuje, keď je rozptýlené v hmote, sa Ramanovi a Krišnanovi zdalo preukázané. Zdalo sa, že ich hľadanie bolo korunované úspechom. Objavili optickú analógiu Comptonovho efektu.

Ale aby mali experimenty hotovú podobu a závery dostatočne presvedčivé, bolo treba urobiť ešte jednu časť práce. Nestačilo odhaliť zmenu vlnovej dĺžky. Bolo potrebné zmerať veľkosť tejto zmeny. Prvý pomohol vyrobiť svetelný filter. Bol bezmocný urobiť to druhé. Tu vedci potrebovali spektroskop – zariadenie, ktoré umožňuje merať vlnovú dĺžku skúmaného svetla.

A výskumníci začali druhú časť, nie menej zložitú a starostlivú. Naplnila však aj ich očakávania. Výsledky opäť potvrdili závery prvej časti práce. Vlnová dĺžka sa však ukázala byť nečakane veľká. Oveľa viac, ako sa očakávalo. To výskumníkov netrápilo.

Ako si tu nespomenúť Kolumba? Snažil sa nájsť námornú cestu do Indie, a keď videl pevninu, nepochyboval, že dosiahol svoj cieľ. Mal dôvod pochybovať o svojej sebadôvere pri pohľade na obyvateľov s červenou kožou a na neznámu povahu Nového sveta?

Nie je pravda, že Raman a Krishnan, ktorí sa snažili objaviť Comptonov efekt vo viditeľnom svetle, sa rozhodli, že ho našli skúmaním svetla, ktoré prechádzalo cez ich kvapaliny a plyny?! Zaváhali, keď merania ukázali nečakane veľkú zmenu vlnovej dĺžky rozptýlených lúčov? Aký záver vyvodili zo svojho objavu?

Podľa indických vedcov našli to, čo hľadali. 23. marca 1928 letel do Londýna telegram s článkom s názvom „Optická analógia Comptonovho efektu“. Vedci napísali: „Takže optická analógia Comptonovho efektu je zrejmá, až na to, že máme do činenia so zmenou vlnovej dĺžky oveľa väčšou...“ Poznámka: „oveľa väčšou...“

Tanec atómov

Práca Ramana a Krishnana sa medzi vedcami stretla s veľkým potleskom. Všetci právom obdivovali ich experimentálne umenie. Za tento objav dostal Raman v roku 1930 Nobelovu cenu.

K listu indických vedcov bola pripojená fotografia spektra, na ktorej zaujali svoje miesta čiary predstavujúce frekvenciu dopadajúceho svetla a svetla rozptýleného na molekulách látky. Táto fotografia podľa Ramana a Krishnana ilustrovala ich objav jasnejšie ako kedykoľvek predtým.

Keď sa Mandelstam a Landsberg pozreli na túto fotografiu, videli takmer presnú kópiu fotografie, ktorú urobili! Keď sa však oboznámili s jej vysvetlením, okamžite si uvedomili, že Raman a Krishnan sa mýlili.

Nie, indickí vedci neobjavili Comptonov efekt, ale úplne iný fenomén, ten istý, ktorý sovietski vedci študujú už mnoho rokov ...

Zatiaľ čo vzrušenie spôsobené objavom indických vedcov narastalo, Mandelstam a Landsberg dokončovali kontrolné experimenty a zhŕňali posledné rozhodujúce výsledky.

A 6. mája 1928 poslali článok do tlače. K článku bola priložená fotografia spektra.

Vedci stručne načrtli históriu problému a podrobne vysvetlili fenomén, ktorý objavili.

Takže čo bol tento jav, ktorý mnohých vedcov trpel a lámal si hlavy?

Mandelstamova hlboká intuícia a jasná analytická myseľ okamžite podnietili vedca, že objavené zmeny vo frekvencii rozptýleného svetla nemôžu byť spôsobené tými medzimolekulovými silami, ktoré vyrovnávajú náhodné opakovania hustoty vzduchu. Vedcovi bolo jasné, že dôvod nepochybne spočíva v samotných molekulách látky, že tento jav je spôsobený intramolekulárnymi vibráciami atómov, ktoré tvoria molekulu.

Takéto fluktuácie sa vyskytujú s oveľa vyššou frekvenciou ako tie, ktoré sprevádzajú tvorbu a resorpciu náhodných nehomogenít v médiu. Práve tieto vibrácie atómov v molekulách ovplyvňujú rozptýlené svetlo. Atómy ho akoby označujú, zanechávajú na ňom svoje stopy, šifrujú ho ďalšími frekvenciami.

Bol to najkrajší odhad, odvážna invázia ľudského myslenia za kordón malej pevnosti prírody - molekúl. A tento prieskum priniesol cenné informácie o jeho vnútornej štruktúre.

Ruka v ruke

Takže pri pokuse o detekciu malej zmeny vo frekvencii rozptýleného svetla spôsobenej medzimolekulovými silami sa zistila väčšia zmena frekvencie spôsobená intramolekulárnymi silami.

Na vysvetlenie nového javu, ktorý dostal názov „Ramanov rozptyl svetla“, teda stačilo doplniť Mandelstamom vytvorenú teóriu molekulového rozptylu údajmi o vplyve vibrácií atómov vo vnútri molekúl. Nový fenomén bol objavený ako výsledok rozvoja Mandelstamovej myšlienky, ktorú sformuloval už v roku 1918.

Áno, nie bezdôvodne, ako hovorí akademik S.I. Vavilov, „Príroda obdarila Leonida Isaakoviča úplne nezvyčajnou bystrou jemnou mysľou, ktorá si okamžite všimla a pochopila to hlavné, čo väčšina ľahostajne prešla. Takto sa chápala fluktuačná podstata rozptylu svetla a takto sa objavila myšlienka zmeny spektra pri rozptyle svetla, ktorá sa stala základom pre objav Ramanovho rozptylu.

Následne sa z tohto objavu odvodili obrovské výhody, získal cenné praktické využitie.

V momente objavu sa to zdalo len najcennejším prínosom pre vedu.

A čo Raman a Krishnan? Ako reagovali na objav sovietskych vedcov a tiež na svoj vlastný? Pochopili, čo objavili?

Odpoveď na tieto otázky obsahuje nasledujúci list Ramana a Krišnana, ktorý poslali do tlače 9 dní po uverejnení článku sovietskymi vedcami. Áno, pochopili, že jav, ktorý pozorovali, nebol Comptonov efekt. Toto je Ramanov rozptyl svetla.

Po zverejnení listov Ramana a Krishnana a článkov Mandelstama a Landsberga bolo vedcom na celom svete jasné, že ten istý jav sa nezávisle a takmer súčasne robil a študoval v Moskve a Kalkate. Ale moskovskí fyzici to študovali v kryštáloch kremeňa, zatiaľ čo indickí fyzici to študovali v kvapalinách a plynoch.

A tento paralelizmus, samozrejme, nebol náhodný. Hovorí o naliehavosti problému, o jeho veľkom vedeckom význame. Nie je prekvapujúce, že výsledky blízke záverom Mandelstama a Ramana z konca apríla 1928 nezávisle od seba získali aj francúzski vedci Rocard a Kaban. Po nejakom čase si vedci spomenuli, že ešte v roku 1923 český fyzik Smekal teoreticky predpovedal rovnaký jav. Po Smekalovom diele sa objavili teoretické výskumy Kramersa, Heisenberga a Schrödingera.

Zrejme len nedostatok vedeckých informácií môže vysvetliť skutočnosť, že vedci z mnohých krajín pracovali na riešení rovnakého problému bez toho, aby o tom vôbec vedeli.

O tridsaťsedem rokov neskôr

Štúdie Ramanovho rozptylu nielen objavili Nová kapitola vo vede o svetle. Zároveň dali technológiám silnú zbraň. Priemysel získal vynikajúci spôsob, ako študovať vlastnosti hmoty.

Koniec koncov, frekvencie Ramanovho rozptylu svetla sú odtlačky, ktoré sú superponované na svetlo molekulami média, ktoré rozptyľuje svetlo. A v rôznych látkach tieto odtlačky nie sú rovnaké. Toto dalo akademikovi Mandelstamovi právo nazvať Ramanov rozptyl svetla „jazykom molekúl“. Tí, ktorí dokážu čítať stopy molekúl na lúčoch svetla, určiť zloženie rozptýleného svetla, molekuly pomocou tohto jazyka, povedia o tajomstvách ich štruktúry.

Na negatíve fotografie kombinovaného spektra nie je nič iné ako čiary rôznej čiernej. Ale z tejto fotografie špecialista vypočíta frekvencie intramolekulárnych vibrácií, ktoré sa objavili v rozptýlenom svetle po prechode cez látku. Obrázok povie o mnohých doteraz neznámych aspektoch vnútorného života molekúl: o ich štruktúre, o silách, ktoré viažu atómy na molekuly, o relatívnom pohybe atómov. Tým, že sa fyzici naučili dešifrovať Ramanove spektrogramy, naučili sa porozumieť zvláštnemu „svetelnému jazyku“, ktorým sa molekuly opisujú. Takže nový objav umožnil preniknúť hlbšie do vnútornej štruktúry molekúl.

Dnes fyzici používajú Ramanov rozptyl na štúdium štruktúry kvapalín, kryštálov a sklovitých látok. Chemici používajú túto metódu na určenie štruktúry rôznych zlúčenín.

Metódy na štúdium hmoty využívajúce fenomén Ramanovho rozptylu svetla vyvinuli pracovníci laboratória P.N. Lebedevova akadémia vied ZSSR, ktorú vedie akademik Landsberg.

Tieto metódy umožňujú rýchlo a presne vykonávať kvantitatívne a kvalitatívne analýzy leteckých benzínov, krakovaných produktov, produktov rafinácie ropy a mnohých ďalších zložitých organických kvapalín v závodnom laboratóriu. Na to stačí osvetliť skúmanú látku a pomocou spektrografu určiť zloženie svetla rozptýleného v nej. Vyzerá to veľmi jednoducho. Ale predtým, ako sa táto metóda ukázala ako skutočne pohodlná a rýchla, museli vedci tvrdo pracovať na vytvorení presného, citlivého zariadenia. A preto.

Z celkového množstva svetelnej energie vstupujúcej do skúmanej látky pripadá na rozptýlené svetlo len nepatrná časť – približne jedna desaťmiliardtina. A Ramanov rozptyl len zriedka predstavuje čo i len dve alebo tri percentá tejto hodnoty. Zrejme aj preto zostal samotný Ramanov rozptyl dlho nepovšimnutý. A nie je prekvapujúce, že získanie prvých fotografií Ramanovho rozptylu si vyžadovalo expozície trvajúce desiatky hodín.

Moderné vybavenie, vytvorené v našej krajine, umožňuje získať Ramanovo spektrum čistých látok v priebehu niekoľkých minút, niekedy dokonca sekúnd! Aj pri analýze komplexných zmesí, v ktorých sú jednotlivé látky obsiahnuté v množstve niekoľkých percent, zvyčajne postačuje expozícia nepresahujúca hodinu.

Odkedy Mandelstam a Landsberg, Raman a Krishnan objavili, rozlúštili a pochopili reč molekúl zaznamenaných na fotografických platniach, uplynulo tridsaťsedem rokov. Odvtedy sa na celom svete vytrvalo pracuje na zostavení „slovníka“ jazyka molekúl, ktorý optiky nazývajú katalóg Ramanových frekvencií. Keď sa takýto katalóg zostaví, interpretácia spektrogramov sa značne uľahčí a Ramanov rozptyl svetla bude ešte plnšie slúžiť vede a priemyslu.

Farba oblohy za rôznych poveternostných podmienok je rôzna, mení sa od belavej po intenzívne modrú. Teóriu vysvetľujúcu farbu oblohy vyvinul Rayleigh.

Podľa tejto teórie sa farba oblohy vysvetľuje skutočnosťou, že slnečné lúče, opakovane odrážané od molekúl vzduchu a najmenších častíc prachu, sú rozptýlené v atmosfére. Svetelné vlny rôznych dĺžok sú molekulami rozptýlené rôzne: molekuly vzduchu rozptyľujú prevažne krátkovlnnú časť viditeľného slnečného spektra, t.j. modré, modré a fialové lúče a keďže intenzita fialovej časti spektra je malá v porovnaní s modrou a modrou časťou, obloha sa javí ako modrá alebo modrá.

Významný jas nebeskej klenby je spôsobený skutočnosťou, že zemská atmosféra má značnú hrúbku a svetlo je rozptýlené obrovským počtom molekúl.

Vo vysokých nadmorských výškach, napríklad pri pozorovaniach z kozmických lodí, zostávajú nad hlavou pozorovateľa riedke vrstvy atmosféry s menším počtom molekúl, ktoré rozptyľujú svetlo, a následne sa znižuje jas nebeskej klenby. Obloha sa zdá tmavšia, jej farba sa mení s pribúdajúcou nadmorskou výškou. Obloha sa javí tmavšia, jej farba sa s pribúdajúcou nadmorskou výškou mení z tmavomodrej na tmavofialovú. Je zrejmé, že v ešte vyšších nadmorských výškach a mimo atmosféry sa obloha pre pozorovateľa javí ako čierna.

Ak vzduch obsahuje veľký počet relatívne veľké častice, tieto častice rozptyľujú aj dlhšie svetelné vlny. V tomto prípade obloha získa belavú farbu. Veľké kvapky vody alebo vodné kryštály, ktoré tvoria oblaky, rozptyľujú všetky spektrálne farby približne rovnako a zamračená obloha má teda bledosivú farbu.

Potvrdzujú to pozorovania, počas ktorých boli zaznamenané meteorologické podmienky a zodpovedajúca farba oblohy nad mestom Novokuzneck.

Charakteristické odtiene vo farbe oblohy 28. – 29. novembra sú spôsobené prítomnosťou priemyselných emisií, ktoré sa sústreďujú v ovzduší s poklesom teploty a bez vetra.

Farbu oblohy ovplyvňuje aj povaha a farba zemského povrchu, ako aj hustota atmosféry.

Exponenciálny zákon poklesu hustoty atmosféry s výškou.

Barometrický vzorec všeobecne opisuje pokles hustoty atmosféry s výškou; neberie do úvahy vietor, konvekčné prúdy, zmeny teploty. Okrem toho by výška nemala byť príliš vysoká, aby sa dala zanedbať závislosť zrýchlenia g od výšky.

Barometrický vzorec je spojený s menom rakúskeho fyzika Ludwiga Boltzmanna. Ale prvé náznaky exponenciálneho charakteru poklesu hustoty vzduchu s výškou boli v skutočnosti obsiahnuté v Newtonovom výskume lomu svetla v atmosfére a boli použité pri zostavovaní aktualizovanej refrakčnej tabuľky.

Uvedené grafy ukazujú, ako sa v procese štúdia astronomickej refrakcie zdokonaľovali predstavy o všeobecnej povahe zmeny indexu lomu atmosféry s výškou.

zodpovedá Keplerovej teórii
pôvodná Newtonova teória lomu
prepracovaná newtonovská a moderná teória lomu svetla v atmosfére

Lom svetla v atmosfére

Atmosféra je opticky nehomogénne médium, takže trajektória svetelného lúča v atmosfére je vždy trochu krivočiara. Ohyb svetelných lúčov pri prechode atmosférou sa nazýva lom svetla v atmosfére.

Rozlišuje sa astronomická a pozemská refrakcia. V prvom prípade sa uvažuje o zakrivení svetelných lúčov prichádzajúcich k pozemskému pozorovateľovi z nebeských telies. V druhom prípade sa uvažuje o zakrivení svetelných lúčov prichádzajúcich k pozorovateľovi z pozemských objektov. V oboch prípadoch môže pozorovateľ v dôsledku zakrivenia svetelných lúčov vidieť objekt nesprávnym smerom, ktorý zodpovedá realite; objekt sa môže zdať skreslený. Objekt je možné pozorovať, aj keď je skutočne pod čiarou horizontu. Lom svetla v zemskej atmosfére teda môže viesť k zvláštnym optickým ilúziám.

Predpokladajme, že atmosféra pozostáva zo súboru opticky rovnomerných horizontálnych vrstiev rovnakej hrúbky; index lomu preskakuje z jednej vrstvy do druhej, pričom sa postupne zvyšuje v smere od horných vrstiev k spodným. Ukazuje sa takáto čisto špekulatívna situácia.

V skutočnosti sa hustota atmosféry, a teda aj jej index lomu, nemení s výškou skokovo, ale kontinuálne. Preto trajektória svetelného lúča nie je prerušovaná čiara, ale zakrivená čiara.

Predpokladajme, že lúč znázornený na obrázku prechádza k pozorovateľovi z nejakého nebeského objektu. Ak by v atmosfére nedošlo k lomu svetla, potom by tento objekt bol pre pozorovateľa viditeľný pod uhlom ά. V dôsledku lomu pozorovateľ nevidí objekt pod uhlom ά, ale pod uhlom φ. Od φ ά sa objekt zdá byť vyššie nad horizontom, ako v skutočnosti je. Inými slovami, pozorovaná zenitová vzdialenosť objektu je menšia ako skutočná zenitová vzdialenosť. Rozdiel Ώ = ά - φ sa nazýva uhol lomu.

Podľa moderných údajov je maximálny uhol lomu 35 ".

Keď pozorovateľ sleduje západ slnka a vidí, ako sa spodný okraj hviezdy dotkol horizontu, v skutočnosti tento moment táto hrana je už 35" pod čiarou horizontu. Zaujímavosťou je, že horná hrana slnečného disku je zdvihnutá lomom slabšie - len 29" . Preto sa zdá, že zapadajúce Slnko je vertikálne mierne sploštené.

Úžasné západy slnka

Vzhľadom na lom svetla je potrebné brať do úvahy popri systematickej zmene hustoty vzduchu s výškou aj množstvo ďalších faktorov, z ktorých mnohé sú celkom náhodné. Hovoríme o vplyve na index lomu vzduchu konvekčných prúdov a vetra, teploty vzduchu v rôznych bodoch atmosféry nad rôznymi časťami zemského povrchu.

Charakteristiky stavu atmosféry a predovšetkým vlastnosti zahrievania atmosféry v jej spodných vrstvách nad rôznymi časťami zemského povrchu vedú k zvláštnosti pozorovaných západov Slnka.

Slepý pruh. Niekedy sa zdá, že Slnko nezapadá nad horizontom, ale nad nejakou neviditeľnou čiarou nad horizontom. Tento jav sa pozoruje pri absencii akejkoľvek oblačnosti na obzore. Ak v tomto čase vystúpite na vrchol kopca, môžete pozorovať ešte podivnejší obraz: Slnko teraz zapadá za horizont, ale zároveň sa zdá, že slnečný kotúč je prerezaný ako keby horizontálne. „slepý pruh“, ktorého poloha vzhľadom na čiaru horizontu zostáva nezmenená. Tieto nezvyčajné západy slnka možno podľa očitých svedkov vidieť v rôznych geografických oblastiach, napríklad v dedine Bolshoy Kamen na území Primorsky a v meste Soči na území Krasnodar.

Takýto obraz sa pozoruje, ak sa vzduch v blízkosti samotnej Zeme ukáže ako studený a nad ním sa nachádza vrstva relatívne teplého vzduchu. V tomto prípade sa index lomu vzduchu mení s výškou približne tak, ako je znázornené v grafe; prechod zo spodnej studenej vrstvy vzduchu do teplej vrstvy nad ňou môže viesť k pomerne prudkému poklesu indexu lomu. Pre jednoduchosť budeme predpokladať, že k tomuto poklesu dochádza náhle a teda medzi studenou a teplou vrstvou je jasne definované rozhranie, ktoré sa nachádza v určitej výške h1 nad povrchom Zeme. Na obrázku nx označuje index lomu vzduchu v studenej vrstve a nt označuje index lomu vzduchu v teplej vrstve blízko hranice so studenou vrstvou.

Index lomu vzduchu sa veľmi málo líši od jednoty, preto pre väčšiu prehľadnosť pozdĺž zvislej osi na tomto obrázku nie sú hodnoty samotného indexu lomu, ale jeho prebytok nad jednotou, t.j. rozdiel n-1.

Obrázok zmeny indexu lomu, znázornený na obr. 4b), bol použitý na zostrojenie dráhy lúčov na obr. 5, ktorý znázorňuje časť povrchu zemegule a priľahlú vrstvu studeného vzduchu s hrúbkou hο.

Ak sa φ postupne zväčšuje, začínajúc od nuly, zväčšuje sa aj uhol α2. Predpokladajme, že pri určitej hodnote φ = φ´ sa uhol α2 rovná medznému uhlu αο zodpovedajúcemu úplnému vnútornému odrazu na rozhraní studenej a teplej vrstvy; v tomto prípade sin α1 = 1. Uhol αο zodpovedá lúču BA na obrázku 5; zviera s horizontálou uhol β = 90˚ - φ´. Pozorovateľ nedostane lúče, ktoré vstupujú do studenej vrstvy v bodoch, ktorých uhlová výška nad horizontom je menšia ako uhlová výška bodu B, t.j. menší ako uhol β. Tým je vysvetlený slepý pruh.

Zelený lúč. Zelený lúč je veľmi efektný záblesk zeleného svetla, ktorý sa niekedy pozoruje pri západe a východe slnka. Trvanie záblesku je len 1-2 sekundy. Tento jav je nasledovný: ak Slnko zapadá na jasnej oblohe, potom pri dostatočnej priehľadnosti vzduchu možno niekedy pozorovať, ako posledný viditeľný bod Slnka rýchlo mení svoju farbu z bledožltej alebo oranžovo-červenej na jasne zelenú. Pri východe slnka možno pozorovať rovnaký jav, ale s opačným poradím striedania farieb.

Vzhľad zeleného lúča možno vysvetliť, ak vezmeme do úvahy zmenu indexu lomu s frekvenciou svetla.

Index lomu sa zvyčajne zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou. Lúče s vyššou frekvenciou lomu sú silnejšie. To znamená, že modrozelené lúče podliehajú silnejšiemu lomu v porovnaní s červenými lúčmi.

Predpokladajme, že v atmosfére je lom svetla, ale nedochádza k rozptylu svetla. V tomto prípade by horný a dolný okraj slnečného disku blízko horizontu museli byť zafarbené vo farbách dúhy. Nech sú v spektre slnečného svetla iba dve farby - zelená a červená; „Biely“ slnečný disk možno v tomto prípade vnímať ako zelené a červené disky, ktoré sa navzájom prekrývajú. Lom svetla v atmosfére dvíha zelený kotúč nad horizont vo väčšej miere ako červený. Preto by pozorovateľ musel vidieť zapadajúce Slnko, ako je znázornené na obr. 6a). Horný okraj slnečného disku by bol zelený a spodný červený; v centrálnej časti disku by bola pozorovaná zmes farieb, t.j. objavila by sa biela.

V skutočnosti nemožno ignorovať rozptyl svetla v atmosfére. To vedie k tomu, že lúče s vyššou frekvenciou efektívnejšie odpadávajú zo svetelného lúča prichádzajúceho zo Slnka. Takže zelený okraj v hornej časti disku nebude viditeľný a celý disk nebude vyzerať biely, ale červenkastý. Ak sa však takmer celý slnečný kotúč dostal za horizont, zostal len jeho horný okraj a zároveň je jasné a pokojné počasie, vzduch čistý, potom v tomto prípade pozorovateľ vidí jasne zelený okraj Slnka spolu s rozptylom jasne zelených lúčov