Изменения цвета неба и его яркости

Окружающий нас воздух - совершенно бесцветный газ. Даже не очень чистый воздух приземного слоя атмосферы в городах оказывается необыкновенно прозрачным в сравнении с самой прозрачной жидкостью или с самым прозрачным оптическим стеклом. Если смотреть через слой воздуха толщиной в несколько метров, то мы не видим его совсем. Если толщина слоя достигает нескольких километров, мы видим воздушную дымку, которая затягивает удаленные предметы. Вся же атмосфера в целом создает светлый голубой купол небосвода. И происходит это благодаря ее огромной толще.

В атмосфере всегда происходит одновременно как молекулярное рассеяние, так и рассеяние на множестве разнообразных по размерам, форме и свойствам крупных частиц. Аэрозольное рассеяние, являясь по характеру нейтральным, накладывается на молекулярное и уменьшает степень синевы неба, одновременно увеличивая его яркость. Цвет неба и его яркость в любом направлении определяются: цвет - спектральным составом, яркость - общей интенсивностью рассеянного света, идущего из этого направления и создаваемого всеми молекулами и крупными частицами, сидящими на луче зрения в данном направлении.

Наибольшей синевой отличается небо в околозенитной области, где в рассеянии участвует минимальная толща воздуха и, кроме того, в этом направлении воздух более чистый. Поэтому рассеяние наиболее близко к молекулярному. С удалением от зенита увеличивается толща воздуха, участвующая в рассеянии, а соответственно и число крупных частиц на луче зрения, и рассеяние становится все более интенсивным. Кроме того, при рассеянии в большой толще воздуха возрастает роль многократного рассеяния, которое по характеру, как и аэрозольное, близко к нейтральному. Все это приводит к тому, что при увеличивающейся яркости голубизна неба уменьшается и на горизонте небо становится совершенно белесым. Все, по-видимому, замечали, что с увеличением замутнения атмосферы голубизна неба уменьшается во всех направлениях, а яркость увеличивается: это аэрозольное рассеяние "съедает" синеву неба, делая его белесым и ярким.

Цвет неба и его яркость изменяются при поднятии над земной поверхностью. Чем выше мы поднимаемся, тем тоньше слой воздуха над точкой наблюдения, тем синее небо и тем меньше его яркость. Уже на вершинах гор высотою 4 - 5 км альпинисты любуются сине-голубым небом. Пассажиры самолетов ТУ-104 или ИЛ-18, совершающих рейсы на высоте 10 км, видят небо насыщенного синего цвета, стратонавты, поднявшиеся на стратостате "Осоавиахим-1" на высоту 22 км, наблюдали темно-синий цвет неба. На высотах полета космических кораблей (более 100 км) небо выглядит совершенно черным.

Цвет неба и его распределение по небосводу измеряются с помощью специальных приборов - цианометров (от латинского "цианус" - синий). Первый цианометр был сконструирован О. Б. Соссюром еще в конце XVIII в. Цианометр Соссюра состоял из 53 полосок бумаги, окрашенных берлинской лазурью в различные цвета: от почти черного к насыщенно-голубому и далее к светло-голубому. Соссюр проводил измерения цвета неба в Женеве, Шамони, на г. Монблан. В XIX в. применялись цианометры усовершенствованных конструкций: поляризационный цианометр Араго, урано-фотометр Вильда. Позднее большая серия измерений цвета неба была проведена Г. А. Тиховым в Пулкове (под Ленинградом) с помощью спектроскопического цианометра и в Алма-Ате - сапфирового цианометра.