आकाश के रंग के बारे में

अच्छी तरह से ज्ञात घटनाओं के संबंध में, अर्थात्, लाल ग्रह पर क्यूरियोसिटी रोवर की शुरुआत, इंटरनेट पर षड्यंत्रकारी मूड फिर से तेज हो गए , साथ ही साथ हब्र के निवासियों के बीच भी।

कहीं-कहीं इसका उल्लेख टिप्पणीकारों के अनुसार, "पीले-पीले" लेख के अनुसार किया गया था, इस स्पष्टीकरण के साथ कि किसी भी ग्रह पर आकाश लगातार लाल नहीं हो सकता है। मैंने उस लेख को विशेष रूप से नहीं देखा है, इसलिए यदि वह केंद्र में है, तो अग्रिम में मुझे नकल के लिए संभावित रूप से खेद है।

और अब - बिंदु के करीब। बस संक्षेप में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के बिखरने की घटना के बारे में बात करते हैं। मैं बिना फॉर्मूलों के जितना संभव हो सके प्रबंधन करूंगा।

रेले स्कैटरिंग

1871 में, जॉन विलियम स्ट्रेट, जिसे लॉर्ड रेले (हालांकि वह इस वर्ष एक नहीं था) के रूप में जाना जाता है, ने शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक सिद्धांत पर आधारित प्रकीर्णन का वर्णन किया, जिसने बाद में दिन के दौरान आकाश का नीला रंग और सूर्यास्त के समय लाल रंग के बारे में पूरी तरह से बताया।

यह प्रक्रिया स्वयं तब होती है जब एक विद्युत चुम्बकीय तरंग किसी भी छोटे कणों से भरे माध्यम में फैलती है। रेले मॉडल के मामले में, यह काम करता है अगर इन कणों का आकार तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा है। जैसा कि दृश्यमान प्रकाश पर लागू होता है, ऐसे गैस अणुओं के आकार होते हैं जो ग्रह के वायुमंडल को बनाते हैं, जो घटना की मनाया विशेषताओं को निर्धारित करता है।

तो, तरंग दैर्ध्य कण आकार से बहुत बड़ा है। इस कारण से, यह स्वीकार किया जा सकता है कि कण एक समान क्षेत्र में रहता है जो लहर की आवृत्ति के साथ समय में बदलता है, और इसके परिणामस्वरूप, कण, क्षेत्र में रखी गई किसी भी भौतिक वस्तु की तरह, एक विद्युत पी और चुंबकीय एम पल प्राप्त करता है। यही है, यह एक द्विध्रुवीय बन जाता है, अपने स्वयं के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करता है। इसके अलावा, क्षणों की भयावहता, निश्चित रूप से, समय पर निर्भर करती है - वे तरंग के समान आवृत्ति पर दोलन करते हैं।

और ऑसिलेटिंग डिपोल स्पष्ट रूप से एक रेडिएटर (ट्रांसमीटर एंटेना का एक उल्लेखनीय हिस्सा इस सिद्धांत पर काम करता है), और उस पर ऊर्जा की घटना को फिर से परिभाषित किया जाता है - यह रेले मॉडल में बिल्कुल बिखरने वाला तंत्र है। बड़े (बहुत अधिक तरंग दैर्ध्य) दूरी पर बिखरी हुई तरंग का आयाम आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होता है:



यह भी दिशा n द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसमें पुनरावर्तन होता है, और द्विध्रुवीय आर की दूरी, लेकिन फिलहाल हम इसमें रुचि नहीं रखते हैं।

तीव्रता आयाम के वर्ग के बराबर है, और इसलिए आवृत्ति के चौथे डिग्री के लिए आनुपातिक है (एक असीम ठोस कोण में विकिरण की तीव्रता के लिए सूत्र):



इस प्रकार, बढ़ती तरंग आवृत्ति (स्पेक्ट्रम के वायलेट क्षेत्र में शिफ्ट) के साथ तेजी से बिखरती है। आकाश का नीला और नीला रंग (और बैंगनी नहीं) पहले से ही उच्च आवृत्ति पर अवशोषण के प्रवर्धन के प्रभावों के कारण है। कम आवृत्तियों पर, अवशोषण आवृत्ति घन के लिए आनुपातिक होता है, और उच्च आवृत्तियों पर, पांचवीं डिग्री तक, यह प्रमुख प्रक्रिया बन जाती है (वास्तव में, यही कारण है कि वायुमंडल के साथ ग्रह बाहरी एक्स-रे और बहुत अधिक ऊर्जा के गैमी विकिरण से प्रभावी रूप से सुरक्षित है)।

वायुमंडल में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रकीर्णन और अवशोषण दोनों में नाटकीय रूप से वृद्धि होती है क्योंकि तरंगदैर्घ्य घटता है। इस प्रकार, आकाश का रंग, क्रेटरिस पेरिबस, इन दो कारकों के अनुपात से पूरी तरह से निर्धारित होता है, और कुछ नहीं।

पृथ्वी पर, वातावरण काफी घना है, और इसलिए इसमें अवशोषण काफी मजबूत है। इसलिए, दोपहर में, जब सूरज अधिक होता है, तो इसकी किरणें वायुमंडल में अपेक्षाकृत कम दूरी तय करती हैं, ताकि स्पेक्ट्रम की छोटी-लहर वाला हिस्सा बहुत अवशोषित न हो। चूंकि यह अधिक फैलता है, यह प्रबल है - आकाश नीला हो जाता है। सूर्योदय और सूर्यास्त के समय, सूर्य से प्रकाश अनिवार्य रूप से ग्रह की सतह के स्थानीय हिस्से के समानांतर होता है, और इसका पथ कई गुना अधिक लंबा हो जाता है - परिणामस्वरूप, न केवल नीले और नीले रंग के रंगों, बल्कि हरे और पीले रंग को भी फ़िल्टर किया जाता है।

इसके अलावा, भोर में प्रकाश बहुत तेज कोण पर वायुमंडल में प्रवेश करता है, जो अपवर्तन और फैलाव की एक निश्चित भूमिका निर्धारित करता है (स्पेक्ट्रम में अपघटन होता है) - स्पेक्ट्रम का लाल हिस्सा कमजोर होता है और सतह के साथ एक बड़ा पथ यात्रा करता है।

वायुमंडल के अपेक्षाकृत कम घनत्व के साथ, जैसा कि मंगल पर है, किसी को उम्मीद करनी चाहिए, सबसे पहले, प्रकीर्णन प्रक्रिया की तीव्रता में ध्यान देने योग्य कमी। हालांकि, इससे आकाश केवल गहरा हो जाता है, लेकिन शरमाता नहीं है।

मि बिखेरना

रेले मॉडल, जैसा कि अपेक्षित था, सामान्य सिद्धांत से छोटे आकार के बिखरने वाले कणों के सन्निकटन में प्राप्त किया जा सकता है। गोल आकार (मूल काम में, 1908) द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रकीर्णन को Mie सिद्धांत में वर्णित किया गया है (हालांकि, यह अक्सर केवल बड़े कणों की स्थिति के संदर्भ में वर्णित है)।

इसलिए, यदि कण तरंग दैर्ध्य की तुलना में अधिक लंबे होते हैं, तो माई सिद्धांत के रेलेइज सन्निकटन के व्युत्क्रम को ट्रिगर किया जाता है। बिखरने का कारण एक ही है - द्विध्रुवीय द्विध्रुवीय द्वारा घटना तरंग ऊर्जा का पुनः विकिरण। इसका विस्तृत विवरण बनाना बहुत मुश्किल है, क्योंकि इसके लिए ऐसी बिखरी हुई वस्तुओं से भरी जगह में एक लहर के लिए समीकरणों के मैक्सवेल प्रणाली के पूर्ण समाधान की आवश्यकता होती है। इसलिए, अक्सर जब इस सिद्धांत के बारे में बात की जाती है, तो वे केवल रेले की समस्या की तुलना में इसकी विशेषताओं को सूचीबद्ध करने तक सीमित होते हैं। हम पीटा ट्रैक का उपयोग करेंगे और सबसे विशिष्ट बिंदुओं को इंगित करेंगे:

1. विवरण की जटिलता इस तथ्य के कारण है कि बड़े कण आकार के लिए एक समान क्षेत्र का अनुमान अस्वीकार्य हो जाता है।
2. बड़े कण आकारों के लिए, प्रकीर्णन तीव्रता व्यावहारिक रूप से तरंग दैर्ध्य से स्वतंत्र होती है।

तो, दूसरी विशेषता सबसे महत्वपूर्ण है। वह बादलों के रंग, कोहरे, धूल, आसमान के रंग को क्षितिज से क्षितिज तक सफेद और ग्रे रंग के बारे में बताती है।

इसके आधार पर, मंगल पर आकाश ग्रे-नीला होना चाहिए। रेले के बिखरने के कारण नीला, और धूल के कारण वातावरण में लगातार लटका रहता है। उत्तरार्द्ध मजबूत हवाओं के साथ संयोजन में कम गुरुत्वाकर्षण और सूखी चट्टान द्वारा प्रदान किया जाता है।

और आकाश के नारंगी और लाल रंग के टिंट तूफान के दौरान ही देखे जा सकते हैं। हालांकि, पृथ्वी पर हो रहा है (विकिपीडिया से चित्र में - सिडनी में एक सैंडस्टॉर्म)।



धूल के तूफानों के दौरान, बल्कि उच्च एकाग्रता में छोटे धूल के कण, खासकर अगर उन्हें सतह से कई किलोमीटर ऊपर उठाया जाता है, तो स्पेक्ट्रम के शॉर्ट-वेव हिस्से के अवशोषण में तेजी से वृद्धि होती है, और बस लाल रंग प्रबल होता है। एक समान घटना शक्तिशाली ज्वालामुखी विस्फोटों के साथ देखी जा सकती है। एक ऐतिहासिक उदाहरण क्रैकटाओ (1883) के विस्फोट के दौरान वर्णित भोर की असामान्य रूप से तीव्र छायाएं हैं।

अद्यतन : भौतिकी में लेख - बिखरने का एक विस्तृत सर्वेक्षण के साथ Uspekhi ।

अपडेट 1: अवशोषण का वर्णन करने वाले सूत्र को देखने पर, क्यूब गलत प्रतीक का है। वास्तव में, अवशोषण की तीव्रता कम आवृत्ति पर आनुपातिक होती है - पहली डिग्री, उच्च आवृत्तियों पर - तीसरी (और तीसरी और पांचवीं नहीं)। ढांकता हुआ निरंतर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है, क्योंकि यह भी आवृत्ति का एक कार्य है।
जवाब देना

अपडेट 2: हमेशा की तरह, संख्यात्मक अनुमानों के साथ लंबे समय तक सोचने की आवश्यकता नहीं थी। यह वायुमंडलीय दबावों की तुलना करने के लिए पर्याप्त है और देखें कि मंगल पर रेले के बिखरने की तीव्रता पृथ्वी की तुलना में 2-3 गुना कम होगी। जो आकाश के दृश्यमान रंग को बाहर कर देता है। जब तक यह स्पेक्ट्रा में पता नहीं लगाया जा सकता है, उदाहरण के लिए - दैनिक परिवर्तन द्वारा। लेकिन कोई जरूरत नहीं है, ऐसा लगता है। नतीजतन, रंग लगभग पूरी तरह से वातावरण में लटकी हुई धूल से निर्धारित होता है। और यहां, बड़े कणों द्वारा बिखरने के लिए धन्यवाद, हम किसी भी तरंग दैर्ध्य के लिए एक समान प्रभाव प्राप्त करते हैं, जो कि बादल ग्रे रंग के बराबर है। कणों के प्रतिबिंब और अवशोषण सुविधाओं के लिए खुद को समायोजित किया।