Почему небо голубое, а закат оранжевый?

Лягте на спину в парке ясным днём, и небо над вами будет глубоким ровным голубым от одного края до другого. Останьтесь до вечера, и то же небо, с тем же воздухом, у горизонта станет золотым, потом оранжевым, потом розовым. Никто ничего не перекрашивал и ничего не переключал. Небо просто сменило цвета, которые посылает в вашу сторону.

Всё начинается с солнечного света, который кажется белым, но на самом деле это все цвета радуги, путешествующие вместе. Каждый цвет распространяется как волна своей длины. У красного света самые длинные волны из тех, что мы видим, а у синего и фиолетового самые короткие. По пути вниз сквозь атмосферу этот смешанный луч встречает бесчисленные крошечные молекулы газов, из которых состоит воздух.

Эти молекулы слишком малы, чтобы загородить свет, но они сбивают его с пути, причём короткие волны они сбивают гораздо охотнее, чем длинные. Синий свет отскакивает во все стороны, рассеивается снова и снова, пока не начинает казаться, что он идёт сразу со всего неба. Куда бы вы ни посмотрели, в сторону от солнца, часть этого рассеянного синего летит вам в глаза. Красный и жёлтый свет в основном идут прямо.

На закате свету предстоит гораздо более долгий путь. Когда солнце низко над горизонтом, его лучи проходят сквозь куда большую толщу воздуха, и к тому моменту, как они до вас доходят, большая часть синего уже рассеялась по сторонам. Остаётся длинноволновый свет: красный, оранжевый и жёлтый. Пыль и мельчайшие частицы в воздухе могут усилить эффект, поэтому одни вечера устраивают куда более яркое представление, чем другие.

Во всём этом спрятана загадка. Фиолетовые волны ещё короче синих и рассеиваются ещё сильнее, так почему же небо не фиолетовое? Здесь работают сразу три причины. Солнце изначально испускает меньше фиолетового света, чем синего. Фиолетовый к тому же быстрее рассеивается из солнечного луча по пути вниз. А наши глаза просто чувствительнее к синему, поэтому смесь цветов, идущая с неба, кажется нам голубой, хотя фиолетовый в ней тоже есть.

Откуда мы знаем, что всё устроено именно так? Этот эффект называется рэлеевским рассеянием, в честь лорда Рэлея, физика, который его описал. Его главное правило: чем короче волна, тем сильнее рассеяние, и одно это правило объясняет и голубой день, и красный вечер. Оно же предсказывает другой результат на планете с другим воздухом, и именно это мы и видим.

На Марсе тонкая атмосфера полна мелкой пыли, которая обращается со светом иначе, чем молекулы газов нашего воздуха. В результате дневное небо там с оттенком ирисок, а на закате вокруг солнца появляется прохладное голубое сияние, всё наоборот по сравнению с нами. Так что в следующий раз, лёжа на траве под голубым небом, помните: вы смотрите, как бесчисленные молекулы воздуха сортируют солнечный свет по цветам, а на соседней планете тот же солнечный свет сортируется наоборот.