Досліджуйте розсіювання Релея інтерактивно: побачте, чому небо блакитне опівдні та стає оранжево-червоним на заході. Закон оберненої четвертої степені I ∝ 1/λ⁴ визначає колір денного світла.
Розсіювання Релея відбувається, коли світло взаємодіє з частинками значно меншими за довжину хвилі. Інтенсивність пропорційна 1/λ⁴: синє світло (450 нм) розсіюється ~5.5× більше ніж червоне (700 нм).
Переміщуйте сонце від зеніту до горизонту. Градієнт неба змінюється від блакитного через оранжевий до червоного. Стовпчикова діаграма показує інтенсивність розсіювання для кожного кольору.
Лорд Релей опублікував теорію розсіювання у 1871 році. Та ж фізика пояснює, чому Марс має жовто-коричневе небо, чому блакитні очі здаються блакитними та чому далекі гори виглядають синіми.
Ця інтерактивна модель візуалізує релеївське розсіювання — процес, за якого сонячне світло відхиляється молекулами повітря, набагато меншими за його довжину хвилі. Оскільки інтенсивність розсіювання підпорядковується закону оберненої четвертої степені I ∝ 1/λ⁴, короткі сині хвилі (~450 нм) розсіюються значно сильніше за довгі червоні (~700 нм), фарбуючи денне небо в блакитний. Коли ви опускаєте сонце до горизонту, симуляція подовжує атмосферну довжину шляху, розсіюючи синє світло й залишаючи теплі помаранчево-червоні відтінки заходу сонця.
2D-полотно неба, яке перефарбовується в реальному часі. Воно обчислює розсіювання для семи довжин хвиль (400–700 нм), використовуючи опорне значення 550 нм, зважує їх за наближеною чепменівською довжиною шляху повітряної маси та будує градієнт від зеніту до горизонту разом із живою стовпчиковою діаграмою інтенсивності розсіювання для кожного кольору.
Перетягуйте повзунок «Висота сонця» (0–90°), щоб перемістити сонце від горизонту до зеніту, або натискайте пресети «Полудень», «Захід» і «Сутінки». Прапорець «Показувати промені» вмикає й вимикає анімовані сонячні промені. Показники відображають висоту, множник довжини шляху та поточний стан неба.
Лорд Релей формалізував цей закон розсіювання в 1871 році. Та сама фізика 1/λ⁴ пояснює, чому далекі гори виглядають серпанково-блакитними, чому шлях світла крізь атмосферу під час заходу сонця може бути приблизно у 38 разів довшим, ніж опівдні, і чому небо не фіолетове, попри те, що фіолетове світло розсіюється ще сильніше.
Релеївське розсіювання — це розсіювання світла частинками, набагато меншими за його довжину хвилі, такими як молекули азоту та кисню в повітрі. Воно залежить від довжини хвилі: коротші хвилі відхиляються значно сильніше за довші, тому ясне денне небо виглядає блакитним.
Коли сонце низько, його світло проходить крізь набагато більший шар атмосфери, перш ніж досягнути вас. Цей довгий шлях розсіює майже все синє та зелене світло, тож до вашого ока доходять переважно довші червоні й помаранчеві хвилі. Симуляція моделює це за допомогою члена довжини шляху, який різко зростає зі зниженням висоти сонця.
Це означає, що інтенсивність розсіювання обернено пропорційна четвертій степені довжини хвилі. Синє світло поблизу 450 нм розсіюється приблизно в п’ять із половиною разів сильніше за червоне світло поблизу 700 нм. Стовпчикова діаграма в симуляції візуалізує це співвідношення для семи довжин хвиль від 400 до 700 нм.
Повзунок висоти сонця задає кут сонця від 0 до 90 градусів, що визначає як колір неба, так і множник довжини шляху, показаний у даних. Кнопки «Полудень», «Захід» і «Сутінки» переходять до заданих значень висоти, а прапорець «Показувати промені» вмикає й вимикає анімовані промені, що виходять від сонця.
Вона відтворює правильну якісну фізику: залежність від довжини хвилі 1/λ⁴ та наближену чепменівську функцію повітряної маси для довжини шляху. Кольори стилізовані для наочності, а не спектрально відкалібровані, тож це чудовий навчальний інструмент, але не точна модель перенесення випромінювання.