Короткий ответ
Снег в тени иногда кажется синим, потому что там меньше прямого солнечного света и больше рассеянного света неба. В ясный день небесный свет имеет голубоватый оттенок. Снег отражает его, поэтому затенённая поверхность выглядит холоднее и синее, чем освещённая солнцем. Снег не окрашивается: меняется свет, который попадает в глаз.
Что меняется в тени
На освещённый участок падают прямые солнечные лучи и рассеянный свет атмосферы. Прямой солнечный свет кажется почти белым, потому что в нём представлены многие видимые длины волн. Когда дерево или дом закрывает солнце, прямые лучи исчезают, но поверхность продолжает получать свет от неба и окружающих предметов.
Атмосфера сильнее рассеивает коротковолновую синюю часть солнечного света, поэтому дневное небо выглядит голубым. Этот свет отражается от снега в тени. Глаз сравнивает его с ярким солнечным снегом рядом, и разница становится заметной. В пасмурный день или рядом с тёплой стеной тень может выглядеть серой, фиолетовой или слегка желтоватой: оттенок зависит от источников освещения.
Почему белый снег показывает цвет света
Снег кажется белым не потому, что каждый кристалл сам по себе белая краска, а потому что свет многократно рассеивается на границах льда и воздуха в снежном слое. В рыхлом снегу лучи меняют направление между множеством кристаллов, и большая часть видимого спектра возвращается к наблюдателю вместе. Поэтому поверхность выглядит светлой и почти белой.
Если освещение меняется, снег отражает другой спектр. Белая бумага ведёт себя похоже: в тёплой лампе она кажется желтоватой, в холодной – голубоватой. Снег дополнительно меняет свет из-за своей толщины и структуры. Свежий рыхлый слой, мокрый снег, наст и лёд отражают свет не одинаково, поэтому одни участки выглядят насыщеннее других.
Голубая тень и синий глубокий лёд
Есть два явления, которые часто смешивают. Голубая тень на поверхности снега обычно связана прежде всего с цветом рассеянного света неба. А насыщенный синий оттенок в глубокой трещине ледника или у толстого прозрачного льда связан с прохождением света через большой объём плотного льда.
Лёд поглощает красные длины волн сильнее синих. Чем длиннее путь света внутри него, тем больше красной составляющей теряется и тем синее свет, который возвращается к глазу. В тонком снежном покрове путь света и рассеяние устроены иначе. Поэтому нельзя объяснять любую синеву снега только поглощением красного: для обычной тени ключевую роль играет освещение от неба, а для толстого льда – оптический путь.
Почему камера меняет оттенок
Автоматическая камера пытается определить, что в кадре должно быть нейтрально белым. Если кадр почти полностью заполнен снегом, автоматика может затемнить его, воспринимая сцену как слишком яркую. Автоматический баланс белого также меняет оттенки, особенно если в кадре одновременно солнце и тень.
Экран телефона может усиливать контраст и насыщенность. Поэтому фотография не всегда точно передаёт увиденное. Чтобы сравнить освещённый и затенённый участки, можно зафиксировать баланс белого и экспозицию между кадрами. Глаз тоже адаптируется: после долгого взгляда на яркий снег оттенки в тени могут казаться глубже.
Когда снег выглядит иначе
В сумерках солнечный свет становится краснее, а освещённость падает. Тень может приобрести фиолетовый или серый оттенок, потому что источником служат не только небо, но и облака, здания, лес и снег вокруг. В пасмурный день небо бывает почти белым, поэтому затенённые участки тоже выглядят нейтральными.
Рядом с соснами поверхность может отражать зелёный свет от хвои, возле кирпичной стены – слабый красноватый. Цвет сообщает не о составе снега, а о сочетании освещения, угла обзора и окружения. Сходным образом меняются оттенки неба и воды, что видно в статьях «Почему вода в море синяя?» и «Почему небо на закате меняет цвет?».
Как проверить объяснение
В ясный день найдите ровный участок, одна часть которого находится на солнце, а другая в тени. Сравните их рядом, не закрывая от тени небо. Если прикрыть её дополнительным навесом, туда попадёт меньше небесного света, и снег станет темнее, часто серее. Белая карточка рядом тоже покажет оттенок источника освещения.
Не делайте вывод только по фотографии: камера может менять баланс белого автоматически. Повторите наблюдение в другое время. При низком солнце или облачности оттенок изменится.
Главное
Тень на снегу выглядит синей прежде всего потому, что прямое солнце перекрыто, а поверхность освещена голубоватым рассеянным светом неба. Снег хорошо возвращает этот свет наблюдателю. Синий оттенок глубокого льда возникает по другой причине: плотный лёд постепенно поглощает красную часть спектра. В обоих случаях меняется свет, который достигает глаза, а не окраска снежных кристаллов.
Почему снег иногда кажется голубее, чем небо
Снег отражает небо под разными углами и добавляет к нему свет, рассеянный внутри слоя. Поэтому локальный цвет не обязан точно совпадать с оттенком неба над головой. Углубление в снегу может выглядеть более насыщенно голубым, потому что прямой свет туда почти не попадает, а отражения приходят с нескольких сторон. Тени от деревьев и домов имеют разные оттенки из-за формы и цвета окружения.
Человеческое зрение также автоматически сравнивает соседние участки. Белая поверхность рядом с солнцем задаёт ориентир, а теневая кажется синее на контрасте. Если смотреть только на тень, мозг может частично считать её белой. Такой механизм цветовой адаптации помогает нам распознавать предметы при меняющемся освещении, но делает субъективный оттенок зависимым от окружения.
Чем полезно такое наблюдение
Тень на снегу напоминает, что цвет предмета складывается из свойств материала и освещения. Белая поверхность не излучает постоянный белый сигнал: она возвращает свет, который на неё упал. Это заметно и в комнате, где белая стена рядом с цветной лампой принимает оттенок лампы.
Не всякий голубой снег означает чистый лёд или необычную погоду. Это нормальный оптический эффект ясного дня. Однако цвет не показывает температуру поверхности: снег может выглядеть ярко-белым и быть очень холодным, а голубоватый участок может быть влажным или плотным. Для оценки состояния снега нужны другие признаки.
