하늘은 왜 보통 모두 파랗니?

이런 물리적 현상을 설명하기 위해서는 먼저 공기와 태양광에 대한 지식을 간단히 이해해야 한다. 공기는 지구 밖에 둘러싸인' 방탄복' 층으로 지구상의 생물을 자외선으로부터 보호한다. 공기는 비어 있는 것이 아니라 많은 입자들로 이루어져 있다. 이 중 99% 는 질소와 산소이고 나머지는 다른 가스 (이산화탄소, 불활성 가스 등), 작은 물방울과 공장에서 나오는 먼지, 바람 속의 양사, 화산 폭발의 암재 등 떠다니는 입자다. 하지만 공기의 성분은 고정되어 있지 않다. 위치, 날씨 및 기타 고정적 요인 (예: 삼림, 해양, 화산 폭발 및 오염의 심각성 여부) 에 따라 달라진다. < P > 빛은 에너지가 전자파로 전파되는 한 가지 방법으로 진공에서의 전파 속도는 초당 3 만 킬로미터이다. 빛은 다른 파도 (예: 음파) 와는 달리 파동 입자 이중성을 가지고 있다. 빛은 질량이 없는 입자인 광자로 구성되기 때문에 빛은 파동의 특성뿐만 아니라 입자의 특성도 가지고 있기 때문이다. 빛이 에너지를 전달하는 크기는 빛의 빈도에 비례하며, 빛의 주파수는 바로 그 색깔을 결정한다. 하지만 우리의 눈은 가시광선이라고 하는 특정 주파수 범위 내의 빛만 볼 수 있습니다. 주파수가 너무 높고 (자외선) 적외선이 너무 낮기 때문에 우리는 볼 수 없습니다. < P > 태양광의 경우 뉴턴은 먼저 프리즘을 사용하여 빨강, 오렌지, 노랑, 녹색, 파랑, 인디고, 보라색 7 가지 색상이 포함된 것을 발견했다. 그림 1 과 같이 작은 실험으로' 칠색 햇빛' 을 관찰할 수 있다. 물을 담은 유리통을 집 안의 햇빛이 들어오는 곳에 놓고 물 속에 작은 거울을 놓고 백지 한 장으로 대야의 작은 거울에서 반사되는 빛을 받아 빛의 굴절 원리에 따라 백지에서 아름다운 인공무지개를 볼 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 7 가지 다른 빛 중 붉은 빛의 파장이 가장 길고 (주파수가 가장 낮음), 보라색 파장이 가장 짧습니다 (주파수가 가장 높음). 우리가 육안으로 보는 것은 그것들의 혼합 결과이다. < P > 2. 하늘이 왜 푸른지 < P > 외부 간섭이 없으면 빛은 직선으로 전파된다. 빛이 공기 중에 전파될 때, 공기 중의 기체 분자와 기타 미립자를 만나는 것은 불가피하다. 이 입자들은 빛에 흡수, 반사, 산란과 같은 물리적 작용을 하는데, 바로 이러한 물리적 작용으로 맑은 날 하늘이 파랗게 된다.

하늘이 왜 파란색이 1859 년에 시작되었는지 정확하게 설명하십시오. 과학자 타이도르는 먼저 파란 빛이 붉은 빛보다 훨씬 강하다는 것을 발견했다. 이것이 바로' 타이도르 효과' 다. 몇 년 후, 과학자 레일리는 이 현상을 좀 더 자세히 연구했는데, 그는 산란 강도가 파장의 4 차 제곱에 반비례한다는 것을 발견했다. 나중에, 더 많은 과학자들은 이 현상을' 레일리 산란' 이라고 불렀다. 레일리 산란은 다음과 같은 작은 실험을 통해 쉽게 확인할 수 있습니다 (그림 2 참조). 물이 가득 찬 물컵을 사용한 다음 우유 몇 방울을 물컵에 떨어뜨려 손전등으로 조명을 비추고, 물컵의 한쪽에서 비추고, 물컵의 다른 쪽에서는 붉은 빛을 보고, 빛에 수직인 방향에서는 파란색을 볼 수 있습니다 (어두운 곳에서는 효과가 더 뚜렷함). < P > 당시 타이도르와 레일리는 하늘의 파란색이 공기 중에 작은 먼지 입자와 작은 물방울이 있기 때문이라고 생각했는데, 이 작은 먼지 입자와 작은 물방울은 물 속의 우유 떠 있는 입자와 비슷했다. 오늘날에도 많은 사람들이 그렇게 생각합니다. 사실 그렇지 않습니다. 만약 하늘이 작은 먼지 입자와 작은 물방울로 인해 완전히 발생한다면, 하늘의 색깔은 습도에 따라 변할 것입니다. 사실, 비가 오거나 먹구름이 끼지 않는 한, 하늘의 색은 습도에 따라 매우 작아집니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언) 나중에 과학자들은 공기 중의 질소와 산소 분자로 하늘의' 타이도르 효과' 를 설명하기에 충분하다고 추측했다. 이 추측은 결국 아인슈타인에 의해 확인되었고, 그는 이런 산란 효과에 대해 상세한 계산을 했고, 계산 결과는 실험과 일치한다. < P > 우리가 본 푸른 하늘은 공기 분자와 기타 입자들이 입사한 태양광을 선택적으로 산란한 결과다. 산란 강도는 입자의 크기와 관련이 있습니다. 입자의 지름이 가시광선 파장보다 작으면 분산 강도는 파장의 4 차 정사각형에 반비례하며 파장에 따라 산란되는 빛의 비율이 다르므로 선택적 산란이 됩니다. 태양광이 대기로 들어오면 공기 분자와 입자 (먼지, 물방울, 얼음 결정 등) 가 태양을 사방으로 분산시킵니다. 태양광을 구성하는 빨강, 오렌지, 노랑, 녹색, 파랑, 인디고, 보라색 7 종 중 붉은 빛의 파장이 가장 길고 보라색 파장이 가장 짧다. 파장이 긴 붉은 빛은 투과성이 가장 크며, 대부분 대기 중의 입자를 통해 지면으로 직접 쏠 수 있다. 파장이 짧은 파랑, 인디고, 보라색 등의 빛은 대기 중의 미립자에 의해 쉽게 산란된다. 입사한 태양광의 블루레이 (파장 .425μm) 와 붉은 빛 (파장 .65μm) 을 예로 들면, 빛이 대기를 통과할 때 공기 입자에 의해 산란되는 블루레이는 붉은 빛보다 약 5.5 배 더 많다. 그래서 맑은 하늘은 파랗다. 그러나, 공중에 안개 또는 얇은 구름이 있을 때, 물방울의 직경은 가시 광선 파장 보다는 매우 더 중대 하기 때문에, 선택적 산란의 효력은 더 이상 존재 하지 않는다, 다른 파장의 빛은 동등 하 게 이산 될 것 이다, 그래서 하늘은 백색 광대 한 색깔을 보여준다. < P > 단파장의 빛의 산란이 더 강하다면, 왜 하늘이 보라색이 아닌지 물어볼 것이다. 그 이유 중 하나는 태양광이 대기를 통과할 때 공기 분자가 보라색 빛을 흡수하는 것이 비교적 강하기 때문에 우리가 관찰한 태양광에는 보라색 빛이 적지만 절대 없는 것은 아니다. 비 온 후 무지개에서는 보라색 빛을 쉽게 관찰할 수 있다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언) 또 다른 이유는 우리의 눈 자체와 관련이 있습니다. 우리의 눈에는 각각 빨강, 녹색, 파랑 원뿔이라고 하는 세 가지 유형의 수신기가 있으며, 이들은 해당 색상에만 민감합니다. 외부 세계의 빛에 자극을 받으면 시각 시스템은 서로 다른 수신기가 자극을 받는 강약에 따라 이 빛의 색상, 즉 우리가 보는 물체의 색상을 재구성합니다. 사실, 붉은 원뿔과 녹색 원뿔은 파란색과 보라색에 대한 자극도 반영된다. 붉은 원뿔과 녹색 원뿔은 동시에 햇빛의 자극을 받는다. 이때 파란색 원뿔은 파란 빛의 자극을 더 많이 받고, 결국 결합 결과는 보라색이 아닌 파란색이다.