Небо не является отдельным предметом или твёрдым куполом. Так мы называем вид пространства над собой через земную атмосферу. В ней находятся азот, кислород, аргон, углекислый газ, переменное количество водяного пара, мельчайшие аэрозоли, капли воды и кристаллы льда. Голубой цвет создаёт солнечный свет, рассеивающийся на молекулах воздуха.
Что именно мы видим над головой
Когда человек смотрит вверх, его взгляд проходит через слой газа толщиной в десятки и сотни километров. У атмосферы нет резкой прозрачной крыши. С высотой воздух постепенно становится разреженнее, пока привычная газовая оболочка не переходит в околоземное космическое пространство.
Древним наблюдателям небосвод мог казаться материальной сферой, потому что звёзды движутся по нему согласованно, а горизонт выглядит границей. Современные измерения показывают, что это эффект перспективы и рассеяния света. До синей поверхности нельзя долететь: по мере подъёма она просто темнеет.
Из каких газов состоит атмосфера
В сухом воздухе у поверхности примерно 78% азота, около 21% кислорода и чуть меньше 1% аргона. Углекислого газа намного меньше, но он важен для фотосинтеза и теплового баланса планеты. Есть также неон, гелий, метан, криптон, водород, озон и другие компоненты в малых количествах.
Слово «сухой» важно, потому что реальный воздух содержит водяной пар. Его доля меняется от почти нулевой в очень холодном и сухом воздухе до нескольких процентов во влажных тропиках. Именно вода участвует в образовании облаков, тумана, дождя и снега.
Атмосфера не падает на землю цельным слоем и не улетает сразу в космос. Гравитация удерживает большинство молекул, а их тепловое движение создаёт давление. Баланс этих процессов подробнее объясняет статья о том, почему атмосфера не покидает Землю.
Что ещё находится в воздухе
Кроме газов, в атмосфере плавают аэрозоли – очень мелкие твёрдые и жидкие частицы. Это морская соль, пыль, сажа, дым, пыльца, споры и капельки веществ. Одни частицы имеют природное происхождение, другие образуются из-за человеческой деятельности.
Аэрозоли влияют на видимость, цвет заката, образование облачных капель и климат. После крупного извержения вулкана частицы могут попасть высоко и изменить оттенок неба на больших территориях. В загрязнённом воздухе дымка делает небо белёсым или серым.
Облака состоят не из водяного пара в строгом смысле, потому что пар невидим. Видимое облако образуют крошечные жидкие капли и ледяные кристаллы, возникшие при охлаждении влажного воздуха. Их устройство подробно разобрано в статье о том, из чего состоят облака.
Почему небо голубое
Солнечный свет кажется белым, но содержит волны разных цветов. Когда он проходит через атмосферу, молекулы эффективнее рассеивают коротковолновую часть видимого спектра. Фиолетовый свет рассеивается ещё сильнее синего, однако Солнце излучает его меньше, часть поглощается, а человеческое зрение менее чувствительно к нему. В результате небо воспринимается голубым.
Свет приходит к глазу со всех направлений, потому что молекулы перенаправляют часть солнечного излучения. Если бы атмосферы не было, дневное небо выглядело бы чёрным, а Солнце – очень ярким диском, как это происходит на безвоздушном небесном теле.
Насыщенность синего меняется. У горизонта луч проходит более длинный путь через воздух и аэрозоли, поэтому смешанное рассеяние делает цвет светлее. После дождя, когда в воздухе меньше пыли, небо часто кажется более глубоким. Полное объяснение даёт материал о том, почему небосвод голубой.
Почему закат красный
Когда Солнце находится низко, свет проходит через гораздо более толстый слой атмосферы. Значительная часть синего и фиолетового уже рассеялась в стороны, а до наблюдателя доходят преимущественно длинноволновые оранжевые и красные компоненты.
Пыль, дым и капли могут усиливать или менять эффект, но красивый красный закат не является надёжным измерителем чистоты воздуха. Слишком много аэрозолей иногда делает солнечный диск тусклым, а небо – грязно-серым. Цвет зависит от размера частиц, высоты слоёв и направления света.
Ночью рассеянного солнечного света над нашей стороной Земли почти нет, поэтому фон становится тёмным. Луна, звёзды, планеты и искусственное освещение остаются видны. В городах свет рассеивается на воздухе и частицах, создавая засветку, которая скрывает слабые звёзды.
Слои атмосферы
Нижний слой называется тропосферой. Здесь сосредоточена большая часть массы воздуха и почти весь водяной пар, происходят привычные погодные процессы. Её верхняя граница меняется в зависимости от широты и сезона.
Выше расположена стратосфера с озоновым слоем, поглощающим значительную часть опасного ультрафиолетового излучения. Затем идут мезосфера, термосфера и экзосфера. Границы условны и определяются изменением температуры и физических свойств, а не твёрдыми перегородками.
Давление с высотой падает, потому что над наблюдателем остаётся меньше воздуха. Почему это влияет на погоду, самочувствие и кипение воды, объясняет статья о том, почему атмосферное давление важно.
Есть ли у неба конец
У привычного голубого неба есть постепенный оптический конец: на большой высоте молекул слишком мало, чтобы заметно рассеивать свет. Но провести единственную линию, после которой атмосфера полностью отсутствует, нельзя. Даже очень высоко встречаются отдельные частицы земного газа.
Для практических задач используют условные границы космоса, но они не превращают атмосферу в оболочку с острым краем. Поэтому ответ на вопрос «из чего состоит небо» зависит от смысла. Физически над нами атмосфера с газами и частицами, оптически – рассеянный свет, а облака и небесные тела лишь видны на этом фоне.
Наблюдатель на другой планете увидел бы иное небо. Его цвет и яркость определяли бы состав и плотность местной атмосферы, свойства пыли, высота Солнца и чувствительность глаз. Земной голубой небосвод – результат конкретного сочетания нашего воздуха, солнечного спектра и человеческого зрения, а не обязательный вид атмосферы во Вселенной.
