Небо красно-голубое

Эспри, – с раздражением спросят некоторые читатели, – не надоело вам снова и снова задаваться  одним и тем же идиотским вопросом о синеве неба???
Ведь сколько уже писулек своих абсурдных посвятили этой теме? Нам ЭТО ОСТОЧЕРТЕЛО! А вам всё ещё не додумалось???

Отвечаю: Нет, не надоело и как раз хочется, хотя бы для себя, додуматься честно о причинах голубизны, а сейчас добавилась ещё и краснота восходного - закатного неба.
Кратко перечислю то, что уже было написано.
Английский физик Релэй предложил не первое, но наиболее физически обоснованное объяснение голубизны неба. До него многие пытались дать этому объяснения, в частности, другой английский физик Тиндаль Он даже получил химически смесь мелких частиц из  паров соляной кислоты и нитроизобутана, которая  в рассеянном свете светилась голубизной, по яркости превосходяшей голубизну итальянского неба. Тиндаль думал, что мелкая пыль в атмосфере и даёт эту голубизну.
Но Релэй  предложил другую модель.  Свет от Солнца, который «белый», есть смесь волн разной длины от волн красного цвета с длиной волны примерно 7400 Ангстрем (Ангстрем – одна стомиллионная сантиметра) и до фиолетового, примерно 3800 Ангстрем. Релэй вывел формулу рассеяния разных световых волн на частицах, размер которых намного меньше  чем длина световой волны,
(На крупных частичках свет рассеивается независимо от длины волны, равномерно,)
Согласно закону  Релэя, молекулы газов атмосферы, намного меньше воспринимаемх нашим глазом световых волн, и поэтому они рассеивают волны по-разному, обратно пропорционально ЧЕТВЁРТОЙ степени длины волны. Значит красные волны, длинные, рассеиваются воздухом примерно в шестнадцать раз слабей (два в четвёртой степени), чем фиолетовые, почти вдвое более короткие. Раз так, то цвет неба голубой-синий, ибо синие лучи рассеиваются молекулами во много раз лучше, чем красные и жёлтые.
Американский астрофизик Аббот, подсчитав в 1906 году по теории Релэя, какое количество молекул воздуха должны создавать наблюдаемую яркость синего неба, получил число молекул в одном кубическом сантиметре воздуха – 27 умноженные на десять в восемнадцатой степени, двадцать семь миллиардов миллиардов.  И это число очень хорошо совпало с известным уже физикам и химикам числом Лошмидта.
То есть выводы Аббота ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО подтвердили теорию Релэя.
Но через год российский физик Мандельштам теоретически доказал, что теория Релэя НЕ МОЖЕТ «работать», ибо молекулы воздуха при нормальной температуре и атмосферном давлении располагаются слишком тесно, чтобы быть индивидуальными избирательными рассеивателями световых волн. Он предложил в качестве рассеивающих синие лучи центров флюктуации плотности воздуха, из-за чисто хаотического Брауновского движения молекул воздуха. А вывод Аббота счёл чисто случайным совпадением.

(Я в одной заметке, доказывающей правоту Мандельштама, указал, что никакой случайности здесь нет. Ибо количество флюктуаций (по Мандельштаму) зависит от плотности воздуха. То есть, от количества молекул в одном кубическом сантиметре. Аббот НЕ опроверг и НЕ подтвердил выводы Релэя или выводы Мандельштама. Всё связано с плотностью воздуха и обе теории здесь равноправны!)

Должен сказать, что мне понравилась теория Мандельштама и я считал её верной, пока последние несколько лет не закрались разные сомнения.  На Западе, кстати, теория Мандельштама вообще неизвестна и все продолжают твердить лишь о Релэе!

Теперь сделаем мыслительный скачок от голубизны к красному цвету неба на восходе и закате Солнца. Конвенциональное, то есть повсеместно НАУЧНО принятое объяснение этого явления, тоже базируется на законе Релэя. Белый свет Солнца (хотя Солнце по астрономической классификации называется «жёлтым карликом» класса G-3) на восходе и заходе проходит через нижние, толстые. сильно запылённые слои атмосферы, и поэтому, в полном согласии с Релэем, синие лучи рассеиваются «по дороге», а красные проходят, ибо рассеиваются гораздо слабей.  Вот мы и видим всё «в красном свете».
Жёлтый свет от натриевых светильников рассеивается меньше, чем белый, поэтому в местах с частыми туманами у машин и светильников используются именно натриевые лампы.

Всё вроде бы хорошо и разумно. Но посмотрел я снимки неба, сделанные из высоко летящих самолётов, и снимки Земли из космоса.  Что-то стало не укладываться ни в теорию Релэя, ни в теорию Мандельштама. На снимках видна белесоватая полоса воздуха вокруг Земли, и лишь уже вдали от неё появляется голубизна! Значит голубизна идёт НЕ ОТ ВСЕЙ ТОЛЩИ АТМОСФЕРЫ, а лишь от её верхних слоёв. А там воздух РАЗРЯЖЁННЫЙ и не плотно «упакован»  атмосферным давлением и поэтому МОЛЕКУЛЫ НЕ СЛИШКОМ близки друг к другу! Значит тут теория Мандельштама даёт сбой, а побеждает теория Релэя! На самом деле именно разряжённые слои воздуха рассеивают синий-голубой свет. Что мы и видим.

Теперь о красноте. Если запылённая атмосфера работает как рассеиватель красных волн, то с тем же успехом пылинки размером в микрон и меньше, которые могут висеть в воздухе неопределённо долго благодаря Брауновскому движению, могут рассеивать и голубые-синие волны. Теория Тиндаля! Но такие пылинки  из-за своего большого размера (Один микрон это одна десятитысячная сантиметра или десять тысяч ангстрем)  НЕ ДОЛЖНЫ РАССЕИВАТЬ свет избирательно. Вот и отлично, скажут многие, поэтому с высоты мы и видим белесоватое кольцо воздуха около поверхности! ПЫЛЬ!
Но та же пыль почему-то сразу уменьшается в тысячи раз при восходе и закате Солнца и становится ИЗБИРАТЕЛЬНО рассеивающей???
Если частицы большие и придают белесость запылённому воздуху, рассеивая все волны одинаково, то закаты и рассветы должны быть БЕЛЕСЫМИ, а не красными!

Кстати, наблюдал ли кто-нибудь ночью звёзды, около поверхности Земли, то есть видимые, как и Солнце, через толстый «запылённый» слой атмосферы. ОНИ ВСЕ в любую сторону ночного горизонта вблизи него должны быть ЯРКО КРАСНЫМИ! Насколько мне известно, такое НЕ НАБЛЮДАЛОСЬ. Пару раз случалось мне быть в сельской местности на ровном поле ночью. И были звёзды и планеты, которые в это время как раз находились чуть над линией горизонта. Не помню, чтобы они хоть немного отдавали краснотой!
Вот, вам теории и вот ПРАКТИКА!

Что-то опять этот зануда Эспри мутит воду, точнее, земную атмосферу.

В своё оправдание скажу, что она и БЕЗ МЕНЯ достаточно ЗАПЫЛЕНА, как и мысли учёных, нам что-то втолковывающих – «объясняющих»!
Я лично ПОКА ничего толкового предложить не могу, ибо просто не успел придумать.

Faciant meliora potentes.
29 IV 2024

P.S. Расстелил уже постель, готовясь ко сну, но продолжал напряжённо думать на этим восходно-заходным покраснением и самого диска Солнца и неба.
И вдруг пришла дикая идейка в башку:
Обе теории, и Релэя и Мандельштама ВЕРНЫ, но проявления их – различны!
Синева неба, верхних слоёв атмосферы, рассеивающих синий-голубой свет, обусловлена действительно МОЛЕКУЛЯРНЫМ рассеянием Релэя.
К слову сказать, расчёты Аббота неверны, ибо дают число Лошмидта в ПЛОТНОМ, приземном воздухе! Если бы светилась вся толща атмосферы, мы бы с поверхности Земли не могли бы видеть самолёта, летящего на высоте пары десятков километров и уж подавно, его белого следа, потому что основная масса атмосферы в Тропосферe, то есть в самых приземных слоях атмосферы. Там плотность воздуха наибольшая, там именно наибольшее число молекул воздуха, там и рассеяние (по Мандельштаму) максимальное и оно должно было бы всё засвечивать. Так что тут критика Мандельштама ВЕРНА!
Итак: Голубизна обусловлена ТОЛЬКО релэевским рассеянием в разряжённом воздухе на больших высотах
Это подтверждается и снимками с высотных самолётов и из спутников.

Рассеяние Мандельштама, наоборот, максимально там, где выше плотность: Больше молекул в единице объёма, больше и вероятность флюктуаций плотности! То есть у поверхности Земли!
НО!!!
Разница в оптической плотности флюктуаций со средней плотностью окружающей атмосферой  МАЛА! И значит величина рассеяния (величина рассеянной световой энергии) тоже невелика, иными словами, яркость прошедших лучей и рассеянных НЕВЕЛИКА, Эффект есть, но он количественно относительно слаб, поэтому толща плотного воздуха мало что вносит в синеву неба. И поэтому наибольшая часть атмосферы у Земли светится крайне слабо Причём если плотность воздуха количественно влияет на число флюктуаций, больше плотность, больше вероятность и флюктцаций, то как раз ОНА ЖЕ и уменьшает РАЗНИЦУ оптических плотностей флюктуаций и окружающей плотной среды!
Но, когда Солнце низко у горизонта, слой атмосферы толще и поэтому эффект Мандельштама усиливается, да и яркость Солнца очень велика! Рассеяние происходит, синие лучи рассеиваются на флюктуациях, а красные слабей рассеиваются и освещают всё своим светом.

А звёзды???
Как было только что сказано, эффект Мандельштама количественно заметно слабей, чем активное рассеяние молекулами вверху, из-за относительно малой разницы в оптических плотностях флуктуаций и окружающей средней плотности атмосферы.  Звёздный свет ТОЖЕ КРАСНЕЕТ, но эффект крайне слаб для визуального, без приборов – дифференциаторов по длине волны. Солнце обладает очень большой яркостью, поэтому слабый эффект Мандельштама явно заметен. Свет же звёзд и планет несравнимо слабей и поэтому примесь красного света не видна!
Такая вот, мыслишка, стукнула в голову перед сном.
Как обычно:
Пусть сделает лучше, кто может!