Почему закат красный: как атмосфера меняет цвет солнца
Закат красный потому, что вечернее солнце находится у горизонта и его лучи преодолевают многократно больший слой атмосферы, чем в полдень. На этом долгом пути все короткие волны видимого спектра синий и фиолетовый цвет рассеиваются и «теряются» в небе, а до наблюдателя добираются лишь длинноволновые красные и оранжевые лучи, окрашивающие небосвод в тёплые тона.
Геометрия закатного света
Когда солнце стоит в зените, его лучи проходят через атмосферу примерно вертикально, минуя слой толщиной около 10 километров. У горизонта угол падения становится ничтожно малым, и эффективная длина пути резко возрастает: свет проходит уже через 38 и более атмосферных масс, то есть путь в десятки раз длиннее. Именно поэтому голубой цвет дневного неба при заходе превращается в алый спектакль.
Чем ниже солнце, тем дольше путь и тем полнее рассеивается синяя часть спектра. При угле в один-два градуса над горизонтом синих фотонов к наблюдателю почти не доходит. Смесь оставшихся волн от жёлтого до тёмно-красного даёт весь диапазон закатной палитры.
Почему интенсивность и цвет заката меняются
Не все закаты одинаковы. На яркость и насыщенность цвета влияет состав атмосферы над линией горизонта в направлении солнца. Несколько факторов принципиально важны.
Водяной пар и крупные капли влаги рассеивают свет по механизму Ми, более равномерно по всем длинам волн. Влажный воздух делает закат менее насыщенным, размывает алые тона в оранжево-розовую дымку. В континентальных районах России, особенно летом, это хорошо заметно: закаты над влажными поймами рек мягче и пастельнее, чем в степи.
Пылевые частицы и аэрозоли, напротив, способны усиливать закатные краски. После крупных лесных пожаров в Сибири или промышленных выбросов в атмосфере оказывается взвесь тонкодисперсных частиц на высоте 1–3 километра. Эта взвесь дополнительно «отфильтровывает» синий свет и делает закат пронзительно-алым или даже пурпурным. Жители городов Урала и Поволжья нередко наблюдают такие закаты в засушливый пожарный сезон.
Пурпурный свет и ремень Венеры
Сразу после захода солнца на противоположной от горизонта стороне неба можно увидеть сначала тёмно-голубую полосу, а над ней розовую или сиреневую дугу. Тёмная полоса называется тенью Земли: это наша планета перекрывает прямые солнечные лучи. Розовая полоса выше называется поясом Венеры или антисумеречной дугой: это солнечный свет, дошедший до высоких слоёв атмосферы и подсвечивающий аэрозоли в красно-розовых тонах.
Это явление хорошо видно в ясную погоду при чистом горизонте. В России его особенно удобно наблюдать в степных и полупустынных районах Поволжья, на Южном Урале или в степях Оренбургской области, где горизонт не загромождён лесами или городской застройкой.
Зелёный луч
Редкое оптическое явление, связанное с закатом, называется зелёный луч. В момент, когда верхний край солнечного диска скрывается за горизонтом, на долю секунды можно заметить вспышку зелёного цвета. Физически это объясняется дисперсией света в атмосфере: разные длины волн преломляются под разными углами, и в критический момент зелёная часть спектра оказывается над горизонтом чуть дольше красной.
Зелёный луч виден только при очень чистом воздухе и ровном горизонте, чаще всего над морем. На российском побережье Чёрного и Японского морей его фиксируют несколько раз в год в период устойчивого антициклона. Это явление не имеет ничего общего с атмосферной оптикой нижних слоёв и напоминает о тонкости физики преломления.
Закат на других планетах
На Марсе закатное небо выглядит голубоватым, хотя дневное небо там желтовато-оранжевое. Марсианская атмосфера очень разреженная, но наполнена красноватой пылью. Пыль рассеивает красный свет, подсвечивая небо днём, а у горизонта на закате она же рассеивает синие волны в привычном для нас смысле, давая неожиданно прохладный оттенок заката. Это один из самых наглядных примеров того, как состав атмосферы полностью определяет закатную палитру.
Закаты на Земле остаются богатейшим природным спектаклем именно благодаря сочетанию молекулярного рассеяния, аэрозолей и водяного пара. Каждый вечер атмосфера выступает как гигантский оптический фильтр, сортирующий свет по длинам волн и рисующий небо в красках от лимонно-жёлтого до глубокого пурпура.
