ЕНКМ_3 часть

5.В чем суть интерференции света?

6.В чем причина дифракции света?

7.Что такое венцы, глория?

8.Какие бывают радужные облака?

9.Что такое нимбы?

241

§ 4.2. ЦВЕТ В ПРИРОДЕ

Над облаками небо вечно сине!

Синее небо. Земля окружена бесконечной красотой синего неба. Его синева кажется бездонной в этой громадной осязаемой глубине. Разнообразие его оттенков изменяется ото дня ко дню, от одной точки неба к другой.

В чем причина этой удивительной синевы? Не в свете, излучаемом самой атмосферой, потому что тогда она должна была бы светить и ночью. Не в источнике синего света где-то за атмосферой, потому что ночью мы видим великолепие того черного фона, перед которым располагается атмосфера. Причина должна, следовательно, корениться в самой атмосфере. И в то же время это не обычное цветовое поглощение: ведь Солнце и Луна скорее желтые, чем синие. Тогда это, наверное, должен быть случай, аналогичный очень тонкому дыму. Т.е. свет неба есть просто рассеянный свет Солнца! Мы знаем, что рассеяние на малых частицах увеличивается с приближением к фиолетовому концу спектра. Цвет неба действительно содержит много фиолетового (к которому наш глаз не очень чувствителен), изрядное количество синего, немного зеленого и очень мало желтого и красного. Сочетание всех этих цветов и дает небесно-синий.

Что же представляют собой частицы вещества, которые рассеивают свет в атмосфере? Летом, после долгого засушливого периода, воздух полон бесчисленными частицами песка и пыли, поднятыми ветром и ограничивающими наш кругозор. Временами

242

небо кажется скорее беловатым, чем синим, но после нескольких сильных ливней, когда дождь вымоет из воздуха пыль, он становится ясным и прозрачным, небо – глубоким и синим. Каждый раз, когда появляются высокие перистые облака, наполняющие воздух ледяными кристаллами, восхитительная синева исчезает, заменяясь гораздо более белесыми оттенками. Таким образом, рассеяние света, окрашивающее небесный свод, не может вызываться ни настоящими пылинками, ни частицами воды и льда. Единственное объяснение, что центрами рассеяния служат сами молекулы воздуха. Каждая в отдельности, конечно, очень ничтожна, но огромного их количества в атмосфере вполне достаточно, чтобы слой толщиной много километров получил заметную яркость с определенным преобладанием фиолетового и синего.

Утренняя и вечерняя заря как приметы погоды.

Он же сказал им в ответ: «вечером вы говорите: будет ведро, потому что небо красно; и поутру: сегодня ненастье, потому что небо багрово.

Лицемеры! различать лицо неба вы умеете, а знамений времени не можете?» (Евангилие от Матфея, XVI)

Это древнее и универсальное правило, как показывает современная статистика, в большинстве случаев действительно выполняется.

Объяснение несколько отличается в разных случаях. Красный закат означает, что воздух чист на западе и, так как условия погоды перемещаются, вообще говоря, с запада на восток, мы можем ждать

243

хорошей погоды; по-видимому, цвет неба усиливается, если красные лучи Солнца освещают последние облака уходящей депрессии. Но если депрессия приближается с запада, темные облака отбрасывают тени на большое пространство и вечернее небо кажется бледным, коричнево-желтым. Красный восход означает, что к востоку от нас нет больших скоплений облаков. Цвет усиливается, когда над нами проходят перистые облака, возможно, предвещающие новую депрессию. Горизонтальные полосы красны только тогда, когда воздух содержит пыль или капли воды; утром пыли немного, и красный цвет должен вызываться водой. При высоком давлении и хорошей погоде вечером небо ясно, и мы видим пурпурный свет; утром в таком случае часто бывает легкий туман.

Цвет Солнца, Луны и звезд. Из-за ослепительной яркости Солнца трудно судить о его цвете. Однако можно сказать, что оно определенно желтое и в сочетании с цветом голубого неба создает смесь, которую мы называем «белое» – цвет листа бумаги, когда светит Солнце и небо чистое. Оценки такого рода затруднительны изза некоторой неопределенности понятия «белое». Вообще говоря, мы склонны считать преобладающий в нашем окружении цвет белым или почти белым.

В пасмурный или туманный день лучи, идущие от Солнца и от неба, уже перемешаны из-за бесчисленных отражений и преломлений в каплях воды; цвет неба становится белым. Если мы примем во внимание, что голубой свет неба есть в действительности рассеянный свет Солнца, мы придем к выводу, что Солнце, наблюдаемое вне атмосферы, должно также быть и практически белым.

244

Мы уже знаем, что оранжевый или красный цвет заходящего Солнца связан с быстрым увеличением пути, который проходят его лучи в воздухе, прежде чем попадают в наш глаз; постепенно более преломляемые лучи рассеиваются почти полностью и остаются только темно-красные.

В немногих редких случаях, когда капли тумана очень малы и особенно сильно рассеиваются короткие волны, Солнце высоко в небе кажется медно-красным. В других случаях оно синеватое; это говорят, бывает чаще тогда, когда края облаков окрашены в оранжевый цвет.

Луна днем имеет поразительно чистый белый цвет. Это объясняется тем, что рассеянный небом голубой свет добавляется к желтоватому цвету самой Луны. Точно так же, когда Луна восходит или заходит днем, она практически бесцветна, тускла и лишь несколько желтовата. С заходом Солнца, по мере того как ослабевает голубой свет неба, она становится все более желтой. В какой-то момент она становится чисто желтой; впрочем, цвет, вероятно, кажется более насыщенным из-за психологического контраста с все еще голубым фоном. Когда сумерки близки к концу, цвет снова становится желто-белым, по-видимому, из-за того, что все вокруг становится более темным.

Остаток ночи Луна сохраняет светлый желтоватый цвет, в точности подобный Солнцу днем. Цвет белее в очень ясные зимние ночи, когда Луна стоит очень высоко, но близ горизонта она становится такой же оранжевой и красной, как и заходящее Солнце; то, что в этом случае впечатление совершенно меняется, объясняется большим поглощением атмосферы.

245

Полная Луна, когда она видна в синеватой земной тени, имеет приятный бронзово-желтый цвет, без сомнения, обусловленный контрастом с окружением. Если она окружена небольшими пурпурнокрасными облаками, ее цвет становится почти зелено-желтым; если облака оранжево-розовые, Луна превращается в сине-зеленую. Эти контрастные цвета отчетливее для лунного серпа, чем для полной Луны.

Не следует смешивать с цветом Луны цвет пейзажа при лунном свете, который обычно считают голубым или сине-зеленым. Без сомнения, подобный эффект в значительной мере вызывается контрастом с нашим оранжевым искусственным светом, который еще более подчеркивает голубизну неба, освещенного Луной.

Различие в цветах звезд вызывается различием их температур, и мы можем заключить, что они показывают ту же последовательность цветов, что и светящееся тело, постепенно остывающее: от белого через желтый и оранжевый к красному. Окончательно не установлено, следует ли считать наиболее горячие звезды голубыми или белыми.

Цвет облаков. Большое удовольствие – следить летом за проплывающими мимо кучевыми облаками и пытаться объяснить, почему они то светлые, то темные. Когда облако освещено Солнцем, оно ослепительно белое, но когда облако проходит над нами, его основание становится серым или совсем темным. Капли воды в облаке так тесно расположены друг к другу, что оно представляет собой почти совершенно непрозрачное белое тело – белое потому, что свет с трудом проникает в облако, но очень хорошо отражается многочисленными каплями. Если Солнце закрыто кучевыми

246

облаками, они кажутся темными, но края облаков всегда светлые: «каждое облако имеет серебряную подкладку». Таким образом, распределение света и тени предоставляет нам интересные данные о различных частях облака – верхних, нижних, передних, задних – и о действительной форме этого громадного образования.

Причины, определяющие цвет воды. Бесконечно изменчивые, быстро изменяющиеся рисунки, напоминающие мрамор, разные для каждой ряби, прелесть их сочетаний всегда доставляет удовольствие глазу…

Попытаемся проанализировать их.

1.Часть света, приходящего к нам из воды, отражается от ее поверхности; пока поверхность спокойна, она действует подобно зеркалу, и цвет воды голубой, серый или зеленый, в соответствии с ясным или облачным небом или пологими берегами, покрытыми травой. Но если поверхность воды покрыта рябью, цвета неба и берегов перемешиваются и отблески одного цвета накладываются на другой. Когда поверхность сильно взволнована, волна просто отражает смесь цветов.

2.Другая часть света проникает в воду и рассеивается там частицами пыли. Эти частицы, как правило, бывают столь велики, что рассеивают все лучи одинаково, так что испускаемый свет имеет тот же цвет, что и падающий; если присутствуют частицы песка или глины, испускаемый свет может иметь коричневый оттенок. В очень глубокой чистой воде значительная часть света рассеивается самими молекулами воды, и поэтому имеет тот же приятный голубой цвет, как

инебо или толстый кусок ледникового льда.

247

3.В мелкой воде часть света достигает дна и испытывает там диффузное отражение, приобретая в то же время цвет дна водоема.

4.На своем пути сквозь воду лучи света претерпевают непрерывные изменения: а) из-за рассеяния они теряют часть своей интенсивности; в чистой воде особенно ослабляются фиолетовые и синие лучи; б) из-за поглощения в воде, которое становится заметным уже в слоях глубиной в несколько метров, теряются желтые, оранжевые и красные лучи точно так же как при прохождении света сквозь окрашенное стекло.

Цвет моря. Цвет моря определяется главным образом отражением от его поверхности. Но поверхность моря живет, движется, волнуется, покрывается зыбью в зависимости от ветра и формы берегов – и отражение возникает бесчисленным множеством способов.

Главное правило: далекие отражения смещены к горизонту из-за того, что мы видим склоны далеких волн. Поэтому цвет моря вдали приблизительно такой же, как неба на высоте 20-30º, и, следовательно, темнее, чем небо на горизонте; это тем более верно потому, что отражается лишь часть света.

Кроме того, море имеет «свой собственный» цвет: цвет света, рассеянного в его глубине. С точки зрения оптики, важнейшее, что характеризует море, – это глубина. Глубина морей так велика, что свет, достигший его дна, практически не возвращается обратно. Поэтому «собственный цвет моря» определяется совместным действием рассеяния и поглощения масс воды. Море, в котором свет

лишь рассеивается, должно (если не говорить об отражении) казаться

248

молочно-белым, поскольку весь свет, проникающий в море, в конце концов выйдет обратно. Море, в котором происходит лишь поглощение, должно быть черным, как чернила; в таком море лучи света будут выходить наружу лишь после того, как они достигли дна, и даже очень малого поглощения на этом очень длинном пути сквозь воду достаточно, чтобы погасить их.

Однако, как уже говорилось, цвет определяется совместным действием поглощения и рассеяния: лучи, которые слабо подвергаются рассеиванию, проникнут в воду дальше, прежде чем они будут рассеяны «назад», и в течение этого длинного путешествия они испытают более сильное ослабление из-за поглощения.

Цвет твердых тел. В скалах, горных породах, земле и стволах деревьев, которые считаются «непроницаемыми», рассеяние и поглощение намного больше, но оптическое явление по существу остается тем же, только то, что вне воды происходит в слоях, измеряемых метрами, здесь происходит в тонком слое близ поверхности тела. Типичные черты твердого тела проявляются лишь постольку, поскольку поверхность показывает нам всевозможные степени ровности, бугристости или тусклости. Мы можем говорить тогда о правильном или неправильном отражении, или о рассеянии света.

Предметы, которые дают правильное отражение, – редкое явление в пейзаже. В этом случае мы, прежде всего, начинаем думать о гладкой поверхности льда, об оконном стекле, металлических предметах или обледеневших ветвях дерева.

249

Мы часто замечаем, как чудесно сверкают только что выпавшие снежинки, если мы случайно оказываемся в направлении, в котором они отражают солнечный свет. Если смотреть на мостовую под косым углом, то на ней можно увидеть такие же световые дорожки, какие мы видим на волнующейся поверхности воды.

Характерной особенностью тел, которые не только отражают свет на своей поверхности, но и рассеивают его, является то, что они одновременно дают отражение и тень предмета.

В большинстве случаев твердые тела имеют матовую поверхность; к тому же эта поверхность бывает, как правило, неровной, она больше рассеивает свет, чем отражает. Солнечный свет, падающий на пашню, песчаную поверхность или снег, освещает их так, что они становятся видимыми в любом направлении. Но при более пристальном наблюдении мы замечаем, что рассеивание света твердыми телами бывает неодинаковым в различных направлениях.

Светящиеся растения, животные и камни.

Светляки. Светляк принадлежит к отряду жуков. Самка светляка бескрыла и ползает, самец летает. Светящиеся органы занимают последние два сегмента брюшка и содержат вещество, которое светится при окислении вследствие хемилюминесценции. Испускаемые лучи принадлежат к той области спектра, к которой наиболее чувствителен глаз. Инфракрасное излучение отсутствует. Таким образом, этого жука можно назвать действительно идеальным источником света – если бы только он светил несколько ярче!

Деревья. Иногда в темную летнюю ночь в сыром лесу можно видеть слабый свет, вызываемый гниющим деревом. Это свечение

250