Paprastas paaiškinimas

Kas yra dangus?

Dangus yra begalybė. Bet kuriems žmonėms dangus yra tyrumo simbolis, nes manoma, kad ten gyvena pats Dievas. Žmonės, pasukę į dangų, prašo lietaus arba atvirkščiai saulės. Tai yra, dangus nėra tik oras, dangus yra grynumo ir grynumo simbolis.

Dangus - tai tik oras, tas įprastas oras, kuriuo kvėpuojame kiekvieną sekundę, kurio negalima pamatyti ir paliesti, nes jis yra skaidrus ir nesvarus. Bet mes kvėpuojame permatomu oru, kodėl jis įgyja tokią mėlyną spalvą virš galvos? Ore yra keli elementai, azotas, deguonis, anglies dioksidas, vandens garai, įvairios dulkių dalelės, kurios nuolat juda.

Fiziškai

Praktiškai, kaip sako fizikai, dangų tėra saulės spindulių nuspalvintas oras. Paprasčiau tariant, saulė šviečia Žemę, tačiau saulės spinduliai turi praeiti pro didžiulį oro sluoksnį, kuris tiesiogine to žodžio prasme gaubia Žemę. Kadangi saulės spindulys turi daug spalvų, tiksliau - septynias vaivorykštės spalvas. Tiems, kurie nežino, verta priminti, kad septynios vaivorykštės spalvos yra raudona, oranžinė, geltona, žalia, šviesiai mėlyna, mėlyna, violetinė.

Be to, kiekvienas spindulys turi visas šias spalvas, ir jis, praeinantis per šį oro sluoksnį, paskleidžia įvairias vaivorykštės spalvas į visas puses, tačiau labiausiai plinta mėlyna spalva, dėl kurios dangus tampa mėlynas. Trumpai tariant, mėlynas dangus yra purslai, kuriuos suteikia šia spalva nudažytas spindulys.

Ir mėnulyje

Čia nėra atmosferos, todėl mėnulio dangus yra ne mėlynas, o juodas. Į orbitą patekę astronautai mato juodai juodą dangų, kuriame spindi planetos ir žvaigždės. Žinoma, dangus ant mėnulio atrodo labai gražus, bet vis tiek nenorėčiau, kad virš galvos būtų nuolat juodas dangus.

Dangus keičia spalvą

Dangus ne visada yra mėlynas, jis linkęs keisti spalvą. Visi tikriausiai pastebėjo, kad kartais jis būna balkšvas, kartais melsvai juodas ... Kodėl taip? Pavyzdžiui, naktį, kai saulė nesiunčia savo spindulių, dangų matome ne mėlyną, atmosfera mums atrodo skaidri. O per skaidrų orą žmogus gali pamatyti planetas ir žvaigždes. Po pietų mėlyna spalva vėl patikimai paslėps paslaptingą erdvę nuo smalsių akių.

Įvairios hipotezės Kodėl dangus mėlynas? (Goethe'o, Newtono, XVIII a. mokslininkų, Rayleigh'o, hipotezės)

Dangaus spalvai paaiškinti skirtingu metu buvo pateikta tiek daug hipotezių. Stebėdamas, kaip dūmai tamsaus židinio fone įgauna melsvą spalvą, Leonardo da Vinci rašė: „... šviesa virš tamsos tampa mėlyna, kuo gražesnė, tuo šviesesnė ir tamsesnė.“ Apytiksliai buvo laikomasi to paties požiūrio. Gėtė, kuris buvo ne tik pasaulinio garso poetas, bet ir didžiausias savo laiko gamtos mokslininkas. Tačiau šis dangaus spalvos paaiškinimas pasirodė nepagrįstas, nes, kaip vėliau paaiškėjo, juoda ir balta maišant galima suteikti tik pilkus, o ne spalvas. Mėlyną židinio dūmų spalvą lemia visiškai kitoks procesas.

Atradus trukdžius, ypač plonose plėvelėse, Niutonasbandė taikyti trukdžius, kad paaiškintų dangaus spalvą. Norėdami tai padaryti, jis turėjo pripažinti, kad vandens lašeliai yra plonasienių burbulų pavidalo, kaip muilo burbulai. Kadangi atmosferoje esantys vandens lašeliai iš tikrųjų yra sferos, ši hipotezė netrukus „sprogo“ kaip muilo burbulas.

XVIII amžiaus mokslininkai Marriott, Booger, Euler manė, kad mėlyną dangaus spalvą lemia pati oro sudedamųjų dalių spalva. Šis paaiškinimas netgi gavo tam tikrą patvirtinimą vėliau, jau XIX amžiuje, kai buvo nustatyta, kad skystas deguonis yra mėlynas, o skystas ozonas yra mėlynas. Arčiausiai teisingo dangaus spalvos paaiškinimo buvo O.B. Saussure. Jis tikėjo, kad jei oras būtų visiškai švarus, dangus bus juodas, tačiau ore yra priemaišų, atspindinčių daugiausia mėlyną spalvą (ypač vandens garai ir vandens lašeliai). Iki XIX amžiaus antrosios pusės. sukaupė daugybę eksperimentinės medžiagos apie šviesos sklaidą skysčiuose ir dujose, visų pirma, buvo atrasta viena iš sklaidos, sklindančios iš dangaus, savybių - jos poliarizacija. Arago pirmasis tai atrado ir tyrinėjo. Tai įvyko 1809 m. Vėliau Babinetas, Brewsteris ir kiti mokslininkai dalyvavo tirštumo poliarizacijos tyrimuose. Dangaus spalvos klausimas taip patraukė mokslininkų dėmesį, kad šviesos sklaidos skysčiuose ir dujose eksperimentai, kurie turėjo daug platesnę reikšmę, buvo atlikti žvilgsnio kampu „mėlynos dangaus spalvos laboratorinė reprodukcija“. „Brücke arba„ Ant mėlynos dangaus spalvos, šviesos poliarizacija dėl drumstos materijos apskritai “, Tyndall. Šių eksperimentų sėkmė nukreipė mokslininkų mintis teisingu keliu - ieškoti mėlynos dangaus spalvos priežasties saulės spinduliams išsibarsčius atmosferoje.

Pirmasis, sukūręs nuoseklią, griežtą molekulinės šviesos sklaidos atmosferoje matematinę teoriją, buvo anglų mokslininkas Rayleighas. Jis tikėjo, kad šviesa sklaidosi ne ant priemaišų, kaip manė jo pirmtakai, bet pačiose oro molekulėse. Pirmasis Rayleigho darbas apie šviesos sklaidą buvo paskelbtas 1871 m. Galutine forma jo sklaidos teorija, pagrįsta tuo metu nustatyta elektromagnetine šviesos prigimtimi, buvo pristatyta veikale „Apie dangaus šviesą, jos poliarizaciją ir spalvą“, paskelbtame 1899 m. Rayleighas (jo vardas visas vardas John William Strutt, lordas Rayleighas III) dažnai vadinamas „Rayleigh Scattering“ už savo darbą šviesos sklaidos srityje, skirtingai nei jo sūnus lordas Rayleighas IV. Rayleighas IV vadinamas „Rayleigh Atmospheric“ už didžiulį indėlį plėtojant atmosferos fiziką. Norėdami paaiškinti dangaus spalvą, pateiksime tik vieną iš Rayleigho teorijos išvadų ir keletą kartų remsimės kitomis, aiškindami įvairius optinius reiškinius. Ši išvada sako: išsklaidytos šviesos ryškumas arba intensyvumas keičiasi atvirkščiai proporcingai ketvirtai šviesos bangos ilgio galiai, patekusiai į sklaidančią dalelę. Taigi molekulinė sklaida yra ypač jautri mažiausiam šviesos bangos ilgio pokyčiui, pavyzdžiui, violetinės bangos ilgiui optiniai spinduliai (0,4 mikrono) yra maždaug pusė raudonos bangos ilgio (0,8 mikrono). Todėl violetiniai spinduliai bus išsibarstę 16 kartų stipriau nei raudoni, o esant tokiam pat krentančių spindulių intensyvumui, išsklaidytoje šviesoje bus 16 kartų daugiau. Visi kiti matomo spektro spalvoti spinduliai (mėlyni, žalsvai mėlyni, žali, geltoni, oranžiniai) bus įtraukti į išsklaidytą šviesą kiekiais, atvirkščiai proporcingais kiekvieno iš jų bangos ilgio ketvirtajai galiai. Jei dabar visi spalvoti išsklaidyti spinduliai yra sumaišyti tokiu santykiu, tada išsklaidytų spindulių mišinio spalva bus mėlyna.

Tiesioginė saulės šviesa (tai yra šviesa, sklindanti tiesiai iš saulės disko), dėl sklaidos praradusi daugiausia mėlynus ir violetinius spindulius, įgauna silpną gelsvą atspalvį, kuris sustiprėja Saulei nusileidus į horizontą. Dabar spinduliai turi vis daugiau keliauti per atmosferą. Ilgame kelyje vis labiau pastebimas trumpųjų bangų, t. Y. Violetinių, mėlynų, mėlynų, spindulių praradimas, o tiesioginėje Saulės ar Mėnulio šviesoje Žemės paviršių daugiausia pasiekia ilgųjų bangų spinduliai - raudoni, oranžiniai, geltoni. Todėl Saulės ir Mėnulio spalva pirmiausia tampa geltona, paskui oranžine ir raudona. Raudona saulės ir mėlyna dangaus spalva yra dvi to paties sklaidos proceso pasekmės. Esant tiesioginei šviesai, jai praeinant per atmosferą, daugiausia išlieka ilgų bangų spinduliai (raudona saulė), o trumpųjų bangų spinduliai (mėlynas dangus) patenka į išsklaidytą šviesą. Taigi Rayleigho teorija labai aiškiai ir įtikinamai paaiškino mėlyno dangaus ir raudonos saulės mįslę.

dangaus šiluminė molekulinė sklaida

Visi esame įpratę, kad dangaus spalva yra nepastovi savybė. Rūkas, debesys, paros laikas - viskas turi įtakos kupolo spalvai virš galvos. Kasdieniniai pokyčiai neužima daugumos suaugusiųjų proto, ko negalima pasakyti apie vaikus. Jie nuolat domisi, kodėl dangus yra mėlynas, kalbant apie fiziką, ar kokios spalvos saulėlydis yra raudonas. Pabandykime suprasti šiuos ne pačius paprasčiausius klausimus.

Keičiamas

Verta pradėti nuo atsakymo į klausimą, kas iš tikrųjų yra dangus. Senovės pasaulyje tai tikrai buvo vertinama kaip kupolas, dengiantis Žemę. Tačiau šiandien vargu ar kas žino, kad ir kaip aukštai pakiltų smalsus tyrinėtojas, jis negalės pasiekti šio kupolo. Dangus nėra dalykas, greičiau panorama, atsiverianti žiūrint iš planetos paviršiaus, savotiška išvaizda, austa iš šviesos. Be to, jei stebite iš skirtingų taškų, tai gali atrodyti kitaip. Taigi, iš tos, kuri kyla virš debesų, atsiveria visiškai kitoks vaizdas nei šiuo metu nuo žemės.

Giedras dangus yra mėlynas, bet kai tik įeina debesys, jis tampa pilkas, švinas ar beveik baltas. Naktinis dangus yra juodas, kartais jame galima pamatyti rausvų sričių. Tai atspindi dirbtinį miesto apšvietimą. Visų tokių pokyčių priežastis yra šviesa ir jos sąveika su oru ir įvairių jame esančių medžiagų dalelėmis.

Spalvos pobūdis

Norėdami atsakyti į klausimą, kodėl dangus yra mėlynas fizikos požiūriu, turite prisiminti, kokia yra spalva. Tai yra tam tikro ilgio banga. Šviesa, sklindanti iš Saulės į Žemę, laikoma balta. Iš Newtono eksperimentų žinoma, kad tai yra septynių spindulių pluoštas: raudonos, oranžinės, geltonos, žalios, šviesiai mėlynos, mėlynos ir violetinės. Spalvos skiriasi bangos ilgiu. Raudonai oranžinis spektras apima įspūdingiausias šio parametro bangas. spektro dalims būdingas trumpas bangos ilgis. Šviesos skaidymas į spektrą įvyksta susidūrus su įvairių medžiagų molekulėmis, tuo tarpu dalis bangų gali būti absorbuojama, o dalis - išsklaidyta.

Priežasties tyrimas

Daugelis mokslininkų bandė paaiškinti, kodėl dangus mėlynas fizikos prasme. Visi tyrėjai siekė aptikti reiškinį ar procesą, kuris išsklaidė šviesą planetos atmosferoje taip, kad dėl to mus pasiektų tik mėlyna spalva. Vanduo taip pat buvo pirmasis kandidatas į tokių dalelių vaidmenį. Buvo tikima, kad jie sugeria raudoną šviesą ir praleidžia mėlyną spalvą, todėl matome mėlyną dangų. Tačiau vėlesni skaičiavimai parodė, kad ozono, ledo kristalų ir vandens garų molekulių kiekio atmosferoje nepakanka, kad dangus gautų mėlyną spalvą.

Priežastis - tarša

Kitame tyrimo etape John Tyndall pasiūlė, kad dulkės vaidintų norimų dalelių vaidmenį. Mėlynoji šviesa turi didžiausią atsparumą sklaidai, todėl gali praeiti per visus dulkių ir kitų pakibusių dalelių sluoksnius. Tyndallas atliko eksperimentą, kuris patvirtino jo prielaidą. Jis laboratorijoje sukūrė smogo modelį ir jį apšvietė ryškiai balta šviesa. Smogas įgavo mėlyną atspalvį. Mokslininkas padarė neabejotiną savo tyrimo išvadą: dangaus spalvą lemia dulkių dalelės, tai yra, jei Žemės oras buvo švarus, tai virš žmonių galvų spindėjo ne mėlynas, o baltas dangus.

Viešpaties tyrimai

Galutinį klausimą, kodėl dangus yra mėlynas (fizikos požiūriu), pateikė anglų mokslininkas lordas D. Rayleighas. Jis įrodė, kad ne dulkės ar smogas dažo erdvę virš galvos mums įprastame šešėlyje. Tai apie patį orą. Dujų molekulės sugeria didžiausią ir pirmiausia ilgiausią bangos ilgį, prilygstantį raudonai. Mėlyna išsisklaido. Taip šiandien paaiškinama dangaus spalva, kurią matome giedru oru.

Dėmesingas pastebės, kad, vadovaujantis mokslininkų logika, kupolas virš galvos turi būti purpurinis, nes šios spalvos bangos ilgis matomame diapazone yra mažiausias. Tačiau tai nėra klaida: violetinės spalvos spektro dalis yra daug mažesnė nei mėlynos, o žmogaus akys yra jautresnės pastarajai. Tiesą sakant, mėlyna spalva, kurią mes matome, yra mėlynos spalvos maišymo su violetine ir kai kuriomis kitomis spalvomis rezultatas.

Saulėlydžiai ir debesys

Visi žino, kad skirtingu paros metu galima pamatyti skirtingas dangaus spalvas. Puikiausiai tai iliustruoja gražiausių saulėlydžių virš jūros ar ežero nuotraukos. Visokie raudonos ir geltonos spalvos atspalviai, derinami su mėlyna ir tamsiai mėlyna, daro tokį reginį nepamirštamu. Ir tai paaiškinama tuo pačiu šviesos išsklaidymu. Faktas yra tas, kad sutemus ir auštant saulės spinduliai turi įveikti daug didesnį kelią per atmosferą nei dienos metu. Šiuo atveju mėlynai žalios spektro dalies šviesa yra išsklaidyta įvairiomis kryptimis, o horizonto linijoje esantys debesys nusidažo raudonos spalvos atspalviais.

Kai dangų dengia debesys, vaizdas visiškai pasikeičia. nesugeba įveikti tankio sluoksnio, o dauguma jų tiesiog nepasiekia žemės. Sparnai, kurie sugebėjo praeiti per debesis, susiduria su lietaus ir debesų vandens lašais, kurie vėl iškreipia šviesą. Dėl visų šių virsmų balta šviesa pasiekia žemę, jei debesys yra nedideli, ir pilka, kai dangų dengia įspūdingi debesys, kurie vėl sugeria dalį spindulių.

Kitas dangus

Įdomu, kas kitose planetose Saulės sistema žiūrint iš paviršiaus, galima pamatyti dangų, kuris labai skiriasi nuo žemės. Ant kosminių objektų, atimtų atmosferą, saulės spinduliai laisvai pasiekia paviršių. Todėl dangus čia juodas, be jokio šešėlio. Tokį vaizdą galima pamatyti Mėnulyje, Merkurijuje ir Plutone.

Marso dangus turi raudonai oranžinį atspalvį. To priežastis slypi dulkėse, kuriomis prisotinta planetos atmosfera. Jis nudažytas skirtingais raudonos ir oranžinės spalvos atspalviais. Saulei pakilus virš horizonto, Marso dangus pasidaro rausvai raudonas, o jo dalis, tiesiai juosianti šviesulio diską, atrodo mėlyna ar net violetinė.

Dangus virš Saturno yra tokios pat spalvos kaip ir Žemėje. Akvamarino dangus driekiasi virš Urano. Priežastis slypi viršutinėse planetose esančiame metano rūke.

Venerą nuo tyrinėtojų akių slepia tankus debesų sluoksnis. Tai neleidžia mėlynai žaliam spektro spinduliams pasiekti planetos paviršiaus, todėl dangus čia yra geltonai oranžinis su pilka juostele išilgai horizonto.

Dienos metu tyrinėjant viršutinę erdvę, atsiveria ne mažiau stebuklų nei tyrinėjant žvaigždėtą dangų. Supratimas debesyse ir už jų vykstančius procesus padeda suprasti paprastam žmogui gana gerai žinomų dalykų priežastį, kurią vis dėlto ne visi gali iš karto paaiškinti.

Džiaugsmas matyti ir suprasti
yra gražiausia gamtos dovana.
Albertas Einšteinas

Dangiškosios mėlynosios mįslė

Kodėl dangus mėlynas? ...

Nėra tokio žmogaus, kuris bent kartą gyvenime nebūtų apie tai pagalvojęs. Viduramžių mąstytojai jau bandė paaiškinti dangaus spalvos kilmę. Kai kurie iš jų teigė, kad mėlyna yra tikroji oro ar kai kurių jį sudarančių dujų spalva. Kiti manė, kad tikroji dangaus spalva yra juoda - kaip atrodo naktį. Dieną juoda dangaus spalva derinama su balta - saulės spinduliais, ir pasirodo ... mėlyna.

Dabar galbūt nesutiksite žmogaus, kuris, norėdamas gauti mėlynus dažus, sumaišytų juodą ir baltą spalvas. Ir buvo laikas, kai spalvų maišymo dėsniai vis dar nebuvo aiškūs. Jas tik prieš tris šimtus metų įdiegė Niutonas.

Niutonas taip pat susidomėjo dangiškos mėlynos spalvos paslaptimi. Jis pradėjo atmesdamas visas ankstesnes teorijas.

Pirma, jis teigė, kad baltos ir juodos spalvos mišinys niekada nesudaro mėlynos spalvos. Antra, mėlyna spalva nėra tikroji oro spalva. Jei taip būtų, Saulė ir Mėnulis saulėlydžio metu atrodytų ne raudoni, kaip yra iš tikrųjų, bet mėlyni. Tolimų snieguotų kalnų viršūnės atrodytų taip.

Įsivaizduokite, kad oras yra spalvotas. Net jei jis ir labai silpnas. Tada jo storas sluoksnis veiktų kaip spalvotas stiklas. O jei pažvelgsite pro dažytą stiklą, tada visi daiktai atrodo tos pačios spalvos kaip šis stiklas. Kodėl tolimos snieguotos viršūnės mums atrodo rausvos ir visai ne mėlynos?

Ginče su savo pirmtakais tiesa buvo Newtono pusėje. Jis įrodė, kad oras nėra spalvotas.

Vis dėlto mėlyno dangaus mįslės jis neišsprendė. Jį supainiojo vaivorykštė, vienas gražiausių, poetinių gamtos reiškinių. Kodėl staiga atsiranda ir lygiai taip pat staiga dingsta? Niutonas negalėjo būti patenkintas vyraujančiu prietaru: vaivorykštė yra ženklas iš viršaus, jis rodo gerą orą. Jis stengėsi rasti materialią kiekvieno reiškinio priežastį. Jis taip pat rado vaivorykštės priežastį.

Vaivorykštė yra lietaus lašų šviesos lūžio rezultatas. Tai suprasdamas, Niutonas sugebėjo apskaičiuoti vaivorykštės lanko formą ir paaiškinti vaivorykštės spalvų seką. Jo teorija negalėjo paaiškinti tik dvigubos vaivorykštės išvaizdos, tačiau tai buvo įmanoma padaryti tik po trijų šimtmečių, naudojant labai sudėtingą teoriją.

Vaivorykštės teorijos sėkmė užhipnotizavo Niutoną. Jis klaidingai manė, kad mėlyną dangaus ir vaivorykštės spalvą sukėlė ta pati priežastis. Vaivorykštė tikrai įsiliepsnoja, kai saulės spinduliai prasiskverbia pro būrį lietaus lašų. Bet mėlynas dangus matomas ne tik lietaus metu! Atvirkščiai, dangus yra ypač mėlynas, esant giedram orui, kai lietaus net nėra. Kaip didysis mokslininkas to nepastebėjo? Niutonas manė, kad mažiausi vandens burbuliukai, kurie, pasak jo teorijos, sudaro tik mėlyną vaivorykštės dalį, sklando ore bet kokiu oru. Bet tai buvo kliedesys.

Pirmasis sprendimas

Praėjo beveik 200 metų, o kitas anglų mokslininkas Rayleighas ėmėsi šio klausimo, nebijodamas, kad užduotis viršija net didžiojo Niutono jėgas.

Rayleigh dirbo optikos srityje. O žmonės, paskyrę savo gyvenimą šviesos tyrimams, daug laiko praleidžia tamsoje. Pašalinė šviesa trukdo geriausiems eksperimentams, todėl optinės laboratorijos langai beveik visada yra uždengti juodomis, neperleidžiamomis užuolaidomis.

Rayleigh'as valandas praleido savo niūrioje laboratorijoje vienas su šviesos spinduliais, išbėgusiais iš instrumentų. Spindulių kelyje jie sukosi kaip gyvos dulkių dalelės. Jie buvo ryškiai apšviesti, todėl išsiskyrė tamsiame fone. Mokslininkas, ko gero, ilgai galvojo apie jų sklandžius judesius, panašiai kaip tai, kaip žmogus židinyje stebi kibirkščių žaidimą.

Ar ne šios šviesos spinduliuose šokančios dulkių dėmės pasiūlė Rayleighui naują idėją apie dangaus spalvos kilmę?

Net senovėje tapo žinoma, kad šviesa sklinda tiesia linija. Šį svarbų atradimą galėjo padaryti primityvus žmogus, stebėdamas, kaip, prasibraunant pro trobos plyšius, saulės spinduliai krinta ant sienų ir grindų.

Bet vargu ar jį vargino mintis, kodėl jis mato šviesos spindulius, žiūrėdamas į juos iš šono. Ir čia yra apie ką pagalvoti. Juk saulės šviesa yra spindulys nuo tarpo iki grindų. Stebėtojo akis yra šone ir vis dėlto mato šią šviesą.

Mes taip pat matome prožektoriaus šviesą, nukreiptą į dangų. Tai reiškia, kad dalis šviesos kažkaip nukrypsta nuo tiesioginio kelio ir siunčiama į mūsų akis.

Kas priverčia jį suklysti? Pasirodo, kad pačios dulkių dėmės, kurių oras yra pilnas. Dulkių dėmės išsklaidyti spinduliai patenka į mūsų akį, kurie, susidūrę su kliūtimis, pasisuka nuo kelio ir tiesiai išsiskleidžia nuo išsisklaidžiusio dulkių taškelio iki mūsų akies.

- Ar ne šios dulkių dėmės nuspalvina dangų mėlynai? Rayleighas kažkada pagalvojo. Jis atliko matematiką, o spėjimas virto pasitikėjimu. Jis rado paaiškinimą apie mėlyną dangų, raudonas aušras ir mėlyną miglą! Žinoma, mažiausios dulkių dalelės, kurių dydis yra mažesnis nei šviesos bangos ilgis, išsklaido saulės šviesą ir tuo labiau, tuo trumpesnis jos bangos ilgis, Rayleigh paskelbė 1871 m. Kadangi matomame Saulės spektre esantys violetiniai ir mėlyni spinduliai turi trumpiausią bangos ilgį, jie yra labiausiai išsibarstę, dangui suteikiant mėlyną spalvą.

Saulė ir snieguotos viršūnės pakluso šiam Rayleigho skaičiavimui. Jie netgi patvirtino mokslininko teoriją. Saulėtekio ir saulėlydžio metu, kai saulės spinduliai praeina per didžiausią oro storį, violetiniai ir mėlyni spinduliai, sako Rayleigho teorija, yra labiausiai išsibarstę. Tuo pačiu metu jie nukrypsta nuo tiesioginio kelio ir nepatenka į stebėtojo akis. Stebėtojas mato daugiausia raudonus spindulius, kurie išsisklaidę daug silpniau. Todėl saulėtekio ir saulėlydžio metu saulė mums pasirodo raudona. Dėl tos pačios priežasties tolimų snieguotų kalnų viršūnės taip pat atrodo rausvos.

Žvelgdami į giedrą dangų matome mėlynai mėlynus spindulius, kurie dėl išsisklaidymo ir patekimo į akis krinta nuo tiesaus kelio. O migla, kurią kartais matome netoli horizonto, mums taip pat atrodo mėlyna.

Erzina smulkmena

Gražus paaiškinimas, ar ne? Jį taip nunešė pats Rayleighas, mokslininkai taip stebėjosi teorijos harmonija ir Rayleigho pergale prieš Niutoną, kad nė vienas iš jų nepastebėjo vieno paprasto dalyko. Nepaisant to, ši smulkmena turėjo visiškai pakeisti jų vertinimą.

Kas paneigtų, kad toli nuo miesto, kur ore kur kas mažiau dulkių, mėlynas dangus yra ypač giedras ir ryškus? Sunku buvo tai paneigti pačiam Rayleighui. Taigi ... ar dulkių dalelės neišsklaido šviesos? Kas tada?

Jis dar kartą peržiūrėjo visus savo skaičiavimus ir įsitikino, kad jo lygtys yra teisingos, tačiau tai reiškia, kad barstomosios dalelės tikrai nėra dulkių dalelės. Be to, ore esančios dulkių dalelės yra daug didesnės nei šviesos bangos ilgis, ir skaičiavimai įtikino Rayleigh'ą, kad didelis jų kaupimasis nedidina dangaus mėlynumo, bet, priešingai, jį silpnina. Šviesos sklaida didelėmis dalelėmis silpnai priklauso nuo bangos ilgio, todėl jos spalvos nepakinta.

Kai šviesą išsklaido didelės dalelės, tiek išsklaidyta, tiek perduodama šviesa išlieka balta, todėl didelių dalelių atsiradimas ore suteikia dangui balkšvą spalvą, o susikaupus daugybei didelių lašelių, balta debesų ir rūko spalva. Tai lengva patikrinti ant paprastos cigaretės. Iš kandiklio šono iš jo išsiskiriantys dūmai visada atrodo balkšvi, o nuo degančio galo kylantys dūmai yra melsvos spalvos.

Mažiausios dūmų dalelės, iškilusios virš degančios cigaretės galo, yra mažesnės už šviesos bangos ilgį, ir, remiantis Rayleigho teorija, jos pirmiausia išsklaido violetinę ir mėlyną spalvas. Bet einant siaurais tabako storio kanalais, dūmų dalelės sulimpa (krešėja), sujungdamos į didesnius gabalėlius. Daugelis jų tampa didesni nei šviesos bangos ilgiai, ir jie vienodai išsklaido visas šviesos bangas. Štai kodėl dūmai, atsirandantys iš kandiklio šono, atrodo balkšvi.

Taip, buvo nenaudinga ginčytis ir ginti dulkių dalelėmis paremtą teoriją.

Taigi, prieš mokslininkus vėl pasirodė mėlynos dangaus spalvos paslaptis. Tačiau Rayleighas nepasidavė. Jei mėlyna dangaus spalva yra grynesnė ir ryškesnė, tuo švaresnė atmosfera, - samprotavo jis, tada dangaus spalvos negali sukelti niekas kitas, išskyrus paties oro molekules. Oro molekulės, kaip jis rašė savo naujuose straipsniuose, yra mažiausios dalelės, išsklaidančios saulės šviesą!

Rayleighas šįkart buvo labai atsargus. Prieš perduodamas savo naują idėją, jis nusprendė ją išbandyti, kaip nors patikrinti teoriją su patirtimi.

Byla pasirodė 1906 m. Rayleighui padėjo amerikiečių astrofizikas Abbotas, kuris Vilsono kalno observatorijoje tyrė mėlyną dangaus švytėjimą. Apdorodamas dangaus švytėjimo ryškumo matavimo rezultatus, remdamasis Rayleigho sklaidos teorija, Abbotas apskaičiavo molekulių, esančių kiekviename kubiniame centimetre oro, skaičių. Tai pasirodė didžiulis skaičius! Pakanka pasakyti, kad jei paskirstysite šias molekules visiems žmonėms, gyvenantiems Žemės rutulyje, kiekvienas gaus daugiau nei 10 milijardų šių molekulių. Trumpai tariant, Abbotas atrado, kad kiekviename kubiniame centimetre oro, esant normaliai temperatūrai ir atmosferos slėgiui, yra 27 milijardus kartų milijardas molekulių.

Molekulių skaičių kubiniame centimetre dujų galima nustatyti įvairiai, remiantis visiškai skirtingais ir nepriklausomais reiškiniais. Visi jie lemia glaudžiai sutampančius rezultatus ir suteikia skaičių, vadinamą Loschmidto skaičiumi.

Šis skaičius mokslininkams yra gerai žinomas ir ne kartą buvo naudojamas kaip matas ir kontrolė paaiškinant dujose vykstančius reiškinius.

Ir dabar skaičius, kurį Abbottas gavo matuodamas dangaus švytėjimą, labai tiksliai sutapo su Loschmidto skaičiumi. Tačiau skaičiavimuose jis panaudojo Rayleigho sklaidos teoriją. Taigi tai aiškiai įrodė, kad teorija yra teisinga, molekulinė šviesos sklaida iš tikrųjų egzistuoja.

Atrodė, kad Rayleigho teorija buvo patikimai patvirtinta eksperimentais; visi mokslininkai ją laikė nepriekaištinga.

Ji tapo visuotinai pripažinta ir pateko į visus optikos vadovėlius. Galima būtų ramiai kvėpuoti: pagaliau rastas reiškinio paaiškinimas - toks pažįstamas ir kartu paslaptingas.

Tuo labiau stebina tai, kad 1907 m. Žinomo mokslo žurnalo puslapiuose vėl buvo iškeltas klausimas: kodėl dangus mėlynas?

Ginčas

Kas išdrįso suabejoti visuotinai pripažinta Rayleigho teorija?

Kaip bebūtų keista, tai buvo vienas karščiausių Rayleigho gerbėjų ir gerbėjų. Galbūt niekas taip gerai nevertino ir nesuprato Rayleigho, taip gerai neišmanė jo darbo, nesidomėjo jo moksliniu darbu tiek, kiek jaunasis rusų fizikas Leonidas Mandelstamas.

- Leonido Isaakovičiaus proto prigimtimi, - vėliau prisiminė kitas sovietų mokslininkas, akademikas N.D. Papaleksi - turėjo daug bendro su Rayleigh. Ir neatsitiktinai jų mokslinės kūrybos keliai dažnai ėjo lygiagrečiai ir ne kartą kirto.

Šį kartą jie kirto dangaus spalvos kilmės klausimą. Prieš tai Mandelstamas labiausiai mėgo radijo inžineriją. Mūsų amžiaus pradžioje tai buvo visiškai nauja mokslo sritis, ir mažai kas tai suprato. Po A. Š. Popovas (1895 m.) Prabėgo tik kelerius metus, ir čia buvo daug darbo. Per trumpą laiką Mandelštamas atliko daug rimtų tyrimų elektromagnetinių svyravimų srityje, taikomų radijo inžinerijos prietaisams. 1902 m. Apsigynė disertaciją ir dvidešimt trejų metų Strasbūro universitete įgijo gamtos filosofijos daktaro laipsnį.

Kalbėdamas apie radijo bangų sužadinimą, Mandelstamas natūraliai studijavo Rayleigho darbus, kuris buvo pripažintas autoritetas tiriant svyruojančius procesus. Ir jaunas gydytojas neišvengiamai susipažino su dangaus spalvos problema.

Bet, susipažinęs su dangaus spalvos klausimu, Mandelštamas ne tik parodė Rayleigho visuotinai pripažintos molekulinės šviesos sklaidos teorijos klaidą arba, kaip jis pats sakė, „nepakankamumą“, bet ne tik atskleidė mėlynos dangaus spalvos paslaptį, bet ir inicijavo tyrimus, kurie paskatino vieną iš svarbiausi XX amžiaus fizikos atradimai.

Viskas prasidėjo susirašinėjimo ginču su vienu didžiausių fizikų, kvantinės teorijos tėvu M. Plancku. Kai Mandelštamas susipažino su Rayleigho teorija, ji užfiksavo jį savo santūrumu ir vidiniais paradoksais, kurių jauno fiziko nuostabai senas, patyręs Rayleighas nepastebėjo. Rayleigho teorijos nepakankamumas buvo ypač aiškiai atskleistas analizuojant kitą teoriją, kuria remiasi Planckas, paaiškindamas šviesos silpnėjimą, kai ji praeina per optiškai homogenišką skaidrią terpę.

Šioje teorijoje buvo imtasi kaip pagrindo, kad pačios medžiagos molekulės, per kurias praeina šviesa, yra antrinių bangų šaltiniai. Norėdami sukurti šias antrines bangas, teigė Planckas, praleidžiama dalis praeinančios bangos energijos, kuri tada susilpnėja. Matome, kad ši teorija remiasi Rayleigh'o molekulinės sklaidos teorija ir remiasi jos autoritetu.

Lengviausias būdas suprasti reikalo esmę yra ištirti bangas vandens paviršiuje. Jei banga susitinka su stacionariais ar plūduriuojančiais objektais (poliais, rąstais, valtimis ir kt.), Tada mažos bangos iš šių objektų pasklinda į visas puses. Tai yra ne kas kita, kaip barstymas. Dalis krintančios bangos energijos išleidžiama antrinių bangų sužadinimui, kurios yra gana analogiškos išsklaidytai šviesai optikoje. Šiuo atveju pradinė banga susilpnėja - ji išnyksta.

Plūduriuojantys daiktai gali būti daug trumpesni nei keliaujančio vandens bangos ilgis. Net ir smulkūs grūdeliai sukels antrines bangas. Žinoma, mažėjant dalelių dydžiui, jų generuojamos antrinės bangos susilpnės, tačiau jos vis tiek perims pagrindinės bangos energiją.

Maždaug taip Planckas įsivaizdavo šviesos bangos susilpninimo procesą, kai ji praeina per dujas, tačiau grūdų vaidmenį jo teorijoje atliko dujų molekulės.

Mandelštamas susidomėjo šiuo darbu.

Mandelstamo mintis taip pat galima paaiškinti naudojant bangų vandens paviršiuje pavyzdį. Jums tereikia atidžiau apsvarstyti. Taigi, net maži grūdeliai, plaukiantys vandens paviršiuje, yra antrinių bangų šaltiniai. Bet kas nutiks, jei šie grūdai bus pilami taip storai, kad padengtų visą vandens paviršių? Tada paaiškėja, kad atskiros antrinės bangos, kurias sukelia daugybė grūdų, susilies taip, kad jos visiškai užgesins tas bangų dalis, kurios eina į šonus ir atgal, o sklaida sustos. Bus tik banga, lekianti į priekį. Ji bėgs į priekį, nė kiek nesusilpnėjusi. Vienintelis visos grūdų masės buvimo rezultatas bus šiek tiek sumažėjęs pirminės bangos sklidimo greitis. Ypač svarbu, kad visa tai nepriklausytų nuo to, ar grūdai stovi, ar jie juda vandens paviršiumi. Grūdų agregatas paprasčiausiai veiks kaip apkrova vandens paviršiui, keisdamas jo viršutinio sluoksnio tankį.

Mandelštamas atliko matematinį skaičiavimą tuo atveju, kai molekulių skaičius ore yra toks didelis, kad net ir tokiame mažame plote, kaip šviesos bangos ilgis, yra labai daug molekulių. Paaiškėjo, kad šiuo atveju antrinės šviesos bangos, sužadintos atskirų chaotiškai judančių molekulių, sumuojasi taip pat, kaip ir pavyzdžio bangos su grūdeliais. Tai reiškia, kad šiuo atveju šviesos banga sklinda be sklaidos ir silpnėjimo, bet šiek tiek mažesniu greičiu. Tai paneigė Rayleigho teoriją, kuri manė, kad dalelių sklaidos judėjimas visais atvejais užtikrina bangų sklaidą, o tai reiškia, kad jis paneigė ir ja paremtą Plancko teoriją.

Taigi smėlis buvo atrastas remiantis barstymo teorija. Visas didingas pastatas drebėjo ir grasino žlugti.

Sutapimas

Bet kaip bus su Loschmidto skaičiaus nustatymu pagal dangaus mėlyno švytėjimo matavimus? Galų gale patirtis patvirtino Rayleigho sklaidos teoriją!

„Šis sutapimas turėtų būti vertinamas kaip atsitiktinis“, - 1907 m. Rašė Mandelstamas savo veikale „Apie optiškai vienalytę ir drumzliną terpę“.

Mandelstamas parodė, kad dėl netvarkingo molekulių judėjimo dujos negali būti vienalytės. Priešingai, tikrose dujose visada yra mažiausias retėjimas ir kondensatas, kurie susidaro dėl chaotiško šiluminio judesio. Būtent jie sukelia šviesos sklaidą, nes jie pažeidžia optinį oro tolygumą. Tame pačiame veikale Mandelštamas rašė:

"Jei terpė yra optiškai nevienalytė, tada, paprastai tariant, krintanti šviesa bus išsklaidyta į šonus."

Bet kadangi chaotiško judėjimo sukeliamų nehomogeniškumų matmenys yra mažesni nei šviesos bangų ilgis, bangos, atitinkančios violetinę ir mėlyną spektro dalis, bus išsklaidytos daugiausia. Tai visų pirma lemia mėlyną dangaus spalvą.

Taigi dangiškosios mėlynosios mįslė pagaliau buvo išspręsta. Teorinę dalį sukūrė Rayleighas. Fizinę barstytuvų prigimtį nustatė Mandelstamas.

Didelis Mandelštamo nuopelnas yra tas, kad jis įrodė, jog prielaida apie tobulą dujų vienalytiškumą yra nesuderinama su tuo, kad joje išsklaidyta šviesa. Jis suprato, kad mėlyna dangaus spalva įrodo, kad dujų homogeniškumas yra tik akivaizdus. Tiksliau tariant, dujos atrodo homogeniškos tik tada, kai jas tiria šiurkštūs prietaisai, tokie kaip barometras, svarstyklės ar kiti prietaisai, kuriems vienu metu įtakoja daugybė milijardų molekulių. Tačiau šviesos pluoštas pajunta nepalyginamai mažesnius molekulių kiekius, matuojamus tik dešimtimis tūkstančių. Ir to pakanka, kad būtų be abejonės, jog dujų tankis nuolat priklauso nuo nedidelių vietinių pokyčių. Todėl terpė, kuri mūsų „grubiuoju“ požiūriu yra vienalytė, iš tikrųjų yra nevienalytė. „Šviesos požiūriu“ jis atrodo drumstas, todėl išsklaido šviesą.

Atsitiktiniai vietiniai medžiagos savybių pokyčiai, atsirandantys dėl molekulių šiluminio judėjimo, dabar vadinami svyravimais. Išsiaiškinęs molekulinės šviesos sklaidos svyravimo kilmę, Mandelštamas atvėrė kelią naujam materijos tyrimo metodui - svyravimų, arba statistiniam, metodui, kurį vėliau Smoluchovskis, Lorentzas, Einšteinas ir jis pats sukūrė į naują didelį fizikos skyrių - statistinę fiziką.

Dangus turėtų mirgėti!

Taigi, buvo atskleista mėlyno dangaus paslaptis. Tačiau šviesos sklaidos tyrimas tuo neapsiribojo. Atkreipęs dėmesį į beveik nepastebimus oro tankio pokyčius ir paaiškindamas dangaus spalvą svyruodamas šviesos sklaidą, Mandelštamas su padidėjusiu mokslininko instinktu atrado naują, dar subtilesnį šio proceso bruožą.

Oro nevienalytiškumą lemia atsitiktiniai jo tankio svyravimai. Šių atsitiktinių nehomogeniškumų dydis, grumstų tankis laikui bėgant keičiasi. Todėl, mokslininko samprotavimais, bėgant laikui taip pat turėtų keistis intensyvumas - išsklaidytos šviesos stiprumas! Galų gale, kuo tankesnės molekulių sankaupos, tuo intensyvesnė ant jų išsibarsčiusi šviesa. Kadangi šie krešuliai atsiranda ir dingsta chaotiškai, dangus, paprasčiausiai tariant, turėtų mirgėti! Jo švytėjimo stiprumas ir spalva turi nuolat keistis (bet labai silpnai)! Bet ar kas nors pastebėjo tokį mirgėjimą? Žinoma ne.

Šis efektas yra toks subtilus, kad jo negalima pamatyti plika akimi.

Niekas iš mokslininkų taip pat nepastebėjo tokio dangaus švytėjimo pokyčio. Pats Mandelštamas neturėjo galimybės patikrinti savo teorijos išvadų. Sudėtingiausių eksperimentų organizavimą iš pradžių apsunkino menkos carinės Rusijos sąlygos, o po to - pirmųjų revoliucijos metų, užsienio intervencijos ir pilietinio karo sunkumai.

1925 m. Mandelštamas tapo katedros vedėju Maskvos universitete. Čia jis susitiko su išskirtiniu mokslininku ir kvalifikuotu eksperimentuotoju Grigory Samuilovich Landsberg. Taigi, susieti gilios draugystės ir bendrų mokslinių interesų, jie kartu tęsė paslapčių šturmą, paslėptą silpnuose išsklaidytos šviesos spinduliuose.

Tais metais universiteto optikos laboratorijose instrumentai vis dar buvo labai prasti. Universitete nebuvo nė vieno prietaiso, kuris galėtų aptikti dangaus mirgėjimą ar tuos nedidelius įvykio ir išsklaidytos šviesos dažnių skirtumus, kuriuos teorija numatė dėl šio mirgėjimo.

Tačiau tai nesustabdė tyrėjų. Jie atsisakė minties mėgdžioti dangų laboratorijoje. Tai tik apsunkintų jau subtilią patirtį. Jie nusprendė tirti ne baltos - kompleksinės šviesos, bet vieno, griežtai apibrėžto dažnio, spindulių sklaidą. Jei jie tiksliai žino krintančios šviesos dažnį, bus daug lengviau ieškoti tų artimų dažnių, kurie turėtų atsirasti sklaidant. Be to, teorija teigė, kad stebėjimus lengviau atlikti kietosiose dalyse, nes juose molekulės yra daug arčiau nei dujose, o išsklaidymas yra didesnis, tuo medžiaga tankesnė.

Prasidėjo kruopštus tinkamiausių medžiagų ieškojimas. Galiausiai pasirinkimas atiteko kvarco kristalams. Vien todėl, kad dideli skaidrūs kvarco kristalai yra lengviau prieinami nei bet kurie kiti.

Parengiamieji eksperimentai truko dvejus metus, buvo atrinkti gryniausi kristalų mėginiai, patobulinta technika, nustatyti požymiai, pagal kuriuos buvo galima neabejotinai atskirti sklaidą ant kvarco molekulių nuo sklaidą atsitiktiniais intarpais, kristalų nehomogeniškumus ir teršalus.

Sąmojis ir darbas

Trūkdami galingos prietaisų spektrinei analizei, mokslininkai pasirinko išradingą sprendimą, kuris turėjo suteikti galimybę naudotis turimais instrumentais.

Pagrindinis šio darbo sunkumas buvo tas, kad daug stipresnė šviesa buvo uždėta silpnai šviesai, kurią sukėlė molekulių sklaida, išsklaidyta mažų teršalų ir kitų tų kristalų mėginių, gautų eksperimentams, defektų. Mokslininkai nusprendė pasinaudoti tuo, kad išsklaidyta šviesa, susidaranti dėl kristalų defektų ir atspindžių iš įvairių instaliacijos dalių, tiksliai sutampa su krintančia šviesa. Juos domino tik šviesa, kurios dažnis buvo pakeistas pagal Mandelstamo teoriją. Taigi, šios daug ryškesnės šviesos fone užduotis buvo išryškinti pasikeitusio dažnio, kurį sukelia molekulių sklaida, šviesą.

Kad išsklaidytą šviesą būtų galima registruoti, mokslininkai nusprendė kvarcą apšviesti galingiausiu jiems prieinamu apšvietimo įtaisu: gyvsidabrio lempa.

Taigi kristale išsklaidyta šviesa turėtų susidaryti iš dviejų dalių: nuo silpnos, pasikeitusio dažnio šviesos, dėl molekulinės sklaidos (šios dalies tyrimas buvo mokslininkų tikslas), ir iš daug stipresnės, nepakitusio dažnio šviesos, kurią sukelia pašalinės priežastys (ši dalis buvo kenksminga, tai apsunkino tyrimus).

Metodo idėja patraukė savo paprastumu: būtina sugerti pastovaus dažnio šviesą ir į spektrinį aparatą praleisti tik pakeisto dažnio šviesą. Tačiau dažnio skirtumai buvo tik kelios tūkstantosios procentų dalys. Nė viena pasaulio laboratorija neturėjo filtro, galinčio atskirti tokius artimus dažnius. Tačiau sprendimas buvo rastas.

Išsklaidyta šviesa buvo praleista per indą su gyvsidabrio garais. Todėl visa „kenksminga“ šviesa „įstrigo“ inde, o „naudinga“ šviesa praėjo be pastebimo slopinimo. Šiuo atveju eksperimentatoriai pasinaudojo viena jau žinoma aplinkybe. Medžiagos atomas, remiantis kvantine fizika, sugeba spinduliuoti tik gana tam tikrų dažnių šviesos bangas. Tuo pačiu metu šis atomas taip pat sugeba sugerti šviesą. Be to, gali skleisti tik tų dažnių šviesos bangos, kurias jis pats gali skleisti.

Gyvsidabrio lempoje šviesą skleidžia gyvsidabrio garai, kurie šviečia veikiami elektros iškrovos, kuri atsiranda lempos viduje. Jei ši šviesa bus praleista per indą, kuriame taip pat yra gyvsidabrio garų, ji bus beveik visiškai absorbuota. Įvyks tai, ką prognozuoja teorija: inde esantys gyvsidabrio atomai sugers šviesą, kurią skleidžia gyvsidabrio atomai žibinte.

Šviesa iš kitų šaltinių, pavyzdžiui, neoninės lempos, pro gyvsidabrio garus praeis nepakenkta. Gyvsidabrio atomai į tai net neatkreips dėmesio. Nebebus absorbuojama ir ta gyvsidabrio lempos šviesos dalis, kuri kintant išsibarsčius kintant bangos ilgiui.

Būtent šia patogia aplinkybe Mandelstamas ir Landsbergis pasinaudojo.

Nuostabus atradimas

1927 m. Prasidėjo ryžtingi eksperimentai. Mokslininkai kvarco kristalą apšvietė gyvsidabrio lempos šviesa ir apdorojo rezultatus. Ir ... jie nustebo.

Eksperimento rezultatai buvo netikėti ir neįprasti. Mokslininkai rado ne tai, ko tikėjosi, ne tai, ką numatė teorija. Jie atrado visiškai naują reiškinį. Bet kuri? Ir ar tai nėra klaida? Išsklaidytoje šviesoje buvo rasti ne tikėtini, o daug didesni ir žemesni dažniai. Išsibarsčiusios šviesos spektre pasirodė visas dažnių derinys, kurio nebuvo kvarcui krintančioje šviesoje. Paprasčiausiai buvo neįmanoma paaiškinti jų išvaizdos kvarco optiniais nevienalytiškumais.

Prasidėjo išsamus patikrinimas. Eksperimentai buvo atlikti nepriekaištingai. Jie buvo sumanyti taip šmaikščiai, visiškai ir išradingai, kad nebuvo galima jais nesižavėti.

- Taip gražiai ir kartais puikiai, Leonidas Isaakovičius kartais tiesiog išsprendė labai sunkias technines problemas, dėl kurių nevalingai kiekvienam iš mūsų kilo klausimas: "Kodėl man to anksčiau neatėjo į galvą?" - sako vienas iš darbuotojų.

Įvairūs kontroliniai eksperimentai nuolat patvirtino, kad klaidos nėra. Išsibarsčiusios šviesos spektro nuotraukose išliko silpnos ir, nepaisant to, gana akivaizdžios linijos, rodančios, kad išsklaidytoje šviesoje yra „papildomų“ dažnių.

Daugelį mėnesių mokslininkai ieškojo paaiškinimo šiam reiškiniui. Iš kur išsklaidytoje šviesoje atsirado „ateivių“ dažniai?

Ir atėjo diena, kai Mandelštamą ištiko nuostabus spėjimas. Tai buvo nuostabus atradimas, tas, kuris dabar laikomas vienu svarbiausių 20-ojo amžiaus atradimų.

Bet tiek Mandelstamas, tiek Landsbergis priėmė vieningą sprendimą, kad šį atradimą galima paskelbti tik atlikus patikimą patikrinimą, po išsamaus įsiskverbimo į reiškinio gelmes. Prasidėjo paskutiniai eksperimentai.

Saulės pagalba

Vasario 16 dieną Indijos mokslininkai C.N. Ramanas ir K. Š. Šiam žurnalui Krišnanas išsiuntė iš Kalkutos telegramą su trumpu savo atradimo aprašymu.

Tais metais laiškai apie įvairius atradimus į žurnalą „Priroda“ plūdo iš viso pasaulio. Tačiau ne kiekvienai žinutei lemta sukelti mokslininkų jaudulį. Kai iš Indijos mokslininkų laiško išėjo spausdinimo leidimas, fizikai labai jaudinosi. Pats užrašo pavadinimas - „Nauja antrinės spinduliuotės rūšis“ - sukėlė susidomėjimą. Galų gale, optika yra vienas iš seniausių mokslų, o XX amžiuje joje nebuvo įmanoma atrasti nieko nežinomo.

Galima įsivaizduoti, su kokiu susidomėjimu viso pasaulio fizikai laukė naujų laiškų iš Kalkutos.

Jų susidomėjimą didele dalimi paskatino pati vieno iš atradimo autorių Ramano asmenybė. Jis yra kurioziško likimo ir išskirtinės biografijos žmogus, labai panašus į Einšteino. Einšteinas jaunystėje buvo paprastas gimnazijos mokytojas, o vėliau - patentų biuro darbuotojas. Būtent tuo laikotarpiu jis baigė reikšmingiausius savo darbus. Ramanas, puikus fizikas, taip pat baigęs universitetą buvo priverstas dešimt metų būti finansų katedroje ir tik po to pakviestas į Kalkutos universiteto katedrą. Ramanas netrukus tapo pripažintu Indijos fizikos mokyklos vadovu.

Netrukus prieš aprašytus įvykius Ramaną ir Krišnaną nuvilnijo įdomi užduotis. Tuomet aistros, kurias 1923 m. Sukėlė atradimas amerikiečių fiziko Comptono, kuris, studijuodamas rentgeno spindulių prasiskverbimą per materiją, atrado, kad kai kurie iš šių spindulių, išsisklaidydami nuo pradinės krypties, padidino savo bangos ilgį, dar nenuslūgo. Išvertus į optikos kalbą, galima sakyti, kad rentgeno spinduliai, susidūrę su medžiagos molekulėmis, pakeitė savo „spalvą“.

Šis reiškinys buvo lengvai paaiškinamas kvantinės fizikos dėsniais. Todėl Comptono atradimas buvo vienas iš lemiamų jaunosios kvantinės teorijos teisingumo įrodymų.

Kažkas panašaus, bet optikoje nusprendėme pabandyti. atrado Indijos mokslininkai. Jie norėjo praleisti šviesą per medžiagą ir pamatyti, kaip jos spinduliai išsisklaidys ant medžiagos molekulių ir ar pasikeis jų bangos ilgis.

Kaip matote, norom nenorom Indijos mokslininkai iškėlė sau tą pačią užduotį kaip ir sovietiniai mokslininkai. Tačiau jų tikslai buvo kitokie. Kalkutoje buvo ieškoma Compton efekto optinės analogijos. Maskvoje - eksperimentinis patvirtinimas, kad Mandelstamas prognozuoja dažnio kitimą šviesos sklaidoje svyruodamas nevienalytiškumus.

Ramanas ir Krišnanas suprato sunkią patirtį, nes laukiamas poveikis turėjo būti labai mažas. Eksperimentui reikėjo labai ryškios šviesos šaltinio. Ir tada jie nusprendė naudoti saulę, teleskopu surinkdami jos spindulius.

Jo objektyvo skersmuo buvo aštuoniolika centimetrų. Tyrėjai surinktą šviesą per prizmę nusiuntė į indus, į kuriuos įdėti skysčiai ir dujos, kruopščiai išvalyti nuo dulkių ir kitų teršalų.

Bet buvo beviltiška nustatyti numatomą nedidelį išsklaidytos šviesos pailgėjimą naudojant baltą saulės šviesą, kurioje yra beveik visi įmanomi bangos ilgiai. Todėl mokslininkai nusprendė naudoti šviesos filtrus. Jie įdėjo mėlynos-violetinės spalvos filtrą prieš objektyvą ir stebėjo išsklaidytą šviesą per geltonai žalią filtrą. Jie teisingai nusprendė, kad tai, ko praleido pirmasis filtras, įstrigs antrajame. Galų gale, geltonai žalias filtras sugeria pirmojo filtro perduodamus mėlynai violetinius spindulius. Ir viena, ir kita, išdėstytos viena po kitos, turi sugerti visą krintančią šviesą. Jei stebėtojui į akis patenka kokie nors spinduliai, galime drąsiai pasakyti, kad jie nebuvo krintančioje šviesoje, bet gimė tiriamoje medžiagoje.

Kolumbas

Iš tiesų, išsklaidytoje šviesoje Ramanas ir Krišnanas rado spindulius, praeinančius per antrąjį filtrą. Jie įrašė papildomus dažnius. Iš esmės tai gali būti optinis „Compton“ efektas. Tai yra, išsklaidžius medžiagos molekulėms induose, mėlyna-violetinė šviesa gali pakeisti savo spalvą ir tapti geltonai žalia. Bet tai vis tiek reikėjo įrodyti. Geltonai žalios šviesos atsiradimas gali būti ir kitų priežasčių. Pavyzdžiui, jis gali pasirodyti dėl liuminescencijos - silpno švytėjimo, kuris dažnai atsiranda skysčiuose ir kietosiose medžiagose, veikiamas šviesos, šilumos ir kitų priežasčių. Akivaizdu, kad buvo vienas dalykas - ši šviesa gimė iš naujo, jos nebuvo krintančioje šviesoje.

Mokslininkai pakartojo savo eksperimentą su šešiais skirtingais skysčiais ir dviejų rūšių garais. Jie įsitikino, kad nei liuminescencija, nei kitos priežastys čia neturi vaidmens.

Tai, kad matomos šviesos bangos ilgis padidėjo, kai ji buvo išsklaidyta materijoje, Ramanui ir Krišnanui atrodė nustatyta. Atrodė, kad jų paieškas vainikavo sėkmė. Jie rado optinę analogiją su Compton efektu.

Tačiau norint, kad eksperimentai būtų baigti ir išvados būtų pakankamai įtikinamos, reikėjo atlikti dar vieną darbo dalį. Nepakako nustatyti bangos ilgio pokytį. Reikėjo išmatuoti šio pokyčio dydį. Pirmasis padėjo pagaminti šviesos filtrą. Jis buvo bejėgis atlikti antrą. Čia mokslininkams reikėjo spektroskopo - prietaiso, leidžiančio išmatuoti tiriamos šviesos bangos ilgį.

Tyrėjai pradėjo ne mažiau sunkiai ir kruopščiai antrąją dalį. Tačiau ji taip pat pateisino jų lūkesčius. Rezultatai dar kartą patvirtino pirmosios darbo dalies išvadas. Tačiau bangos ilgis buvo netikėtai ilgas. Daug daugiau nei tikėtasi. Tyrėjai dėl to nesigėdijo.

Kaip čia neprisiminti apie Kolumbą? Jis stengėsi rasti jūros kelią į Indiją ir, pamatęs sausumą, neabejojo, kad pasiekė savo tikslą. Ar jis turėjo pagrindo abejoti savo pasitikėjimu Redskinų akimis ir nepažįstamu Naujojo pasaulio pobūdžiu?

Ar Ramanas ir Krišnanas, norėdami aptikti „Compton“ efektą matomoje šviesoje, nemanė, kad rado jį ištyrę šviesą, praeinančią per jų skysčius ir dujas? Ar jie abejojo, kai matavimai parodė netikėtai didesnį išsibarsčiusių spindulių bangos ilgio pokytį? Kokią išvadą padarė iš savo atradimo?

Pasak Indijos mokslininkų, jie rado tai, ko ieškojo. 1928 m. Kovo 23 d. Į Londoną atskrido telegrama su straipsniu „Compton efekto optinė analogija“. Mokslininkai rašė: "Taigi Compton efekto optinė analogija yra akivaizdi, išskyrus tai, kad mes turime daug didesnio bangos ilgio pokytį ..." Pastaba: "daug didesnis ..."

Atomų šokis

Ramano ir Krišnano darbai buvo sutikti mokslininkų ovacijomis. Visi teisingai žavėjosi savo eksperimentiniu menu. Už šį atradimą Ramanui 1930 metais buvo suteikta Nobelio premija.

Prie Indijos mokslininkų laiško buvo pridėta spektro nuotrauka, kurioje užimtos linijos, vaizduojančios krintančios šviesos dažnį ir medžiagos molekulių išsklaidytą šviesą. Ši nuotrauka, pasak Ramano ir Krišnano, aiškiau apibūdino jų atradimą.

Kai Mandelštamas ir Landsbergis pažiūrėjo į šią nuotrauką, jie pamatė beveik tikslią padarytos nuotraukos kopiją! Bet susipažinę su jos paaiškinimu, jie iškart suprato, kad Ramanas ir Krišnanas klydo.

Ne, ne Indijos mokslininkai atrado „Compton“ efektą, o visai kitas reiškinys, tas pats, kurį sovietų mokslininkai tyrinėjo daugelį metų ...

Nors jaudulys, kurį sukėlė Indijos mokslininkų atradimas, augo, Mandelstamas ir Landsbergis baigė kontrolinius eksperimentus, apibendrindami paskutinius lemiamus rezultatus.

1928 m. Gegužės 6 d. Jie atsiuntė spausdinti straipsnį. Spektro nuotrauka buvo pridėta prie straipsnio.

Trumpai išdėstydami klausimo istoriją, tyrėjai išsamiai paaiškino savo atrastą reiškinį.

Taigi koks buvo šis reiškinys, privertęs daugelį mokslininkų kentėti ir laužyti galvas?

Gili Mandelštamo intuicija ir aiškus analitinis protas iškart paskatino mokslininką, kad aptiktų išsklaidytos šviesos dažnio pokyčių negalėjo sukelti tos tarpmolekulinės jėgos, kurios išlygina atsitiktinius oro tankio pasikartojimus. Mokslininkui tapo aišku, kad priežastis neabejotinai slypi pačiose medžiagos molekulėse, kad šį reiškinį sukelia molekulę sudarančių atomų intramolekulinės vibracijos.

Tokie svyravimai įvyksta daug didesniu dažniu nei tie, kurie lydi atsitiktinių terpės nehomogeniškumų susidarymą ir rezorbciją. Būtent šios molekulių atomų vibracijos daro įtaką išsklaidytai šviesai. Atomai tarsi pažymi, palieka ant jo savo pėdsakus, užšifruoja papildomais dažniais.

Tai buvo gražiausias spėjimas, drąsus žmogaus minties įsiveržimas už mažos gamtos tvirtovės - molekulės - kordono. Šis intelektas suteikė vertingiausios informacijos apie jo vidinę struktūrą.

Ranka rankon

Taigi, bandant aptikti nedidelį išsklaidytos šviesos dažnio pokytį, kurį sukėlė tarpmolekulinės jėgos, buvo nustatytas didesnis intramolekulinių jėgų sukeltas dažnio pokytis.

Taigi, norint paaiškinti naują reiškinį, kuris buvo vadinamas „Ramano šviesos išsklaidymu“, pakako Mandelstamo sukurtą molekulinės sklaidos teoriją papildyti duomenimis apie atomų vibracijų įtaką molekulėse. Naujas reiškinys buvo atrastas plėtojant Mandelstamo idėją, kurią jis suformulavo dar 1918 m.

Taip, ne be reikalo, kaip akademikas S.I. Vavilov, „Gamta Leonidui Isaakovičiui suteikė visiškai neįprastą, įžvalgų, subtilų protą, kuris iškart pastebėjo ir suprato pagrindinį dalyką, kurį abejingai praėjo dauguma. Taip buvo suprasta šviesos sklaidos svyravimų esmė ir atsirado mintis pakeisti spektrą šviesos sklaidos metu, kuri tapo Ramano sklaidos atradimo pagrindu “.

Vėliau iš šio atradimo buvo gauta milžiniška nauda ir jis buvo vertingai pritaikytas praktikoje.

Atradimo momentu tai atrodė tik pats vertingiausias indėlis į mokslą.

O Ramanas ir Krišnanas? Kaip jie reagavo į sovietinių mokslininkų atradimą ir į savo? Ar jie suprato, ką atrado?

Atsakymas į šiuos klausimus pateikiamas šiame Ramano ir Krišnano laiške, kurį jie išsiuntė spaudai praėjus 9 dienoms po sovietinių mokslininkų straipsnio paskelbimo. Taip, jie suprato - jų pastebėtas reiškinys nebuvo „Compton“ efektas. Tai Ramanas sklaido šviesą.

Paskelbus Ramano ir Krišnano laiškus bei Mandelštamo ir Landsbergio straipsnius, viso pasaulio mokslininkams tapo aišku, kad vienas ir tas pats reiškinys nepriklausomai ir praktiškai vienu metu buvo kuriamas ir tiriamas Maskvoje ir Kalkutoje. Bet Maskvos fizikai jį tyrė kvarco kristaluose, o Indijos - skysčiuose ir dujose.

Ir šis paralelizmas, žinoma, nebuvo atsitiktinis. Ji kalba apie problemos aktualumą, jos didelę mokslinę svarbą. Nenuostabu, kad rezultatus, artimus Mandelstamo ir Ramano išvadoms 1928 m. Balandžio pabaigoje, nepriklausomai gavo prancūzų mokslininkai Rocardas ir Kabanas. Po kurio laiko mokslininkai prisiminė, kad dar 1923 m. Čekų fizikas Smekalas teoriškai numatė tą patį reiškinį. Po Smekalo darbo atsirado Kramerso, Heisenbergo, Schrödingerio teorinės studijos.

Matyt, tik mokslinės informacijos trūkumas gali paaiškinti faktą, kad daugelio šalių mokslininkai dirbo spręsdami tą pačią problemą, net nežinodami apie tai.

Po trisdešimt septynerių metų

Ramano sklaidos tyrimai atvėrė ne tik naują šviesos mokslo skyrių. Tuo pačiu metu jie atidavė galingus ginklus technologijoms. Pramonė turi puikų būdą ištirti medžiagos savybes.

Galų gale, Ramano šviesos sklaidos dažniai yra atspaudai, kuriuos ant šviesos uždeda šviesą išsklaidančios terpės molekulės. Ir į skirtingų medžiagų šie spaudiniai nėra vienodi. Tai suteikė akademikui Mandelštamui teisę Ramaną šviesos sklaidą vadinti „molekulių kalba“. Tiems, kurie gali skaityti molekulių pėdsakus šviesos spinduliuose, nustatyti išsklaidytos šviesos sudėtį, molekulės, naudodamos šią kalbą, pasakos apie jų sandaros paslaptis.

Kombinuoto spektro nuotraukos neiginyje nėra nieko, išskyrus skirtingo juodumo linijas. Bet iš šios nuotraukos specialistas apskaičiuos intramolekulinių vibracijų, kurios pasirodė išsklaidytoje šviesoje jai praeinant per medžiagą, dažnius. Paveikslėlyje bus pasakojama apie daugelį iki šiol nežinomų molekulių vidinio gyvenimo aspektų: apie jų struktūrą, apie jėgas, jungiančias atomus į molekules, apie santykinius atomų judesius. Išmokę iššifruoti Ramano spektrogramas, fizikai išmoko suprasti „šviesos kalbos“ rūšį, kuria molekulės pasakoja apie save. Taigi naujas atradimas leido giliau įsiskverbti į vidinę molekulių struktūrą.

Šiandien fizikai naudoja Ramano sklaidą, kad ištirtų skysčių, kristalų ir stiklakūnių medžiagų struktūrą. Chemikai naudoja šį metodą nustatydami įvairių junginių struktūrą.

Medžiagos tyrimo metodus, naudojant Ramano šviesos sklaidos reiškinį, sukūrė P.N. laboratorijos darbuotojai. SSRS mokslų akademijos Lebedevas, vadovaujamas akademiko Landsbergio.

Šie metodai leidžia gamyklos laboratorijoje greitai ir tiksliai atlikti aviacijos benzino, krekingo produktų, rafinuotų naftos produktų ir daugelio kitų sudėtingų organinių skysčių kiekybinę ir kokybinę analizę. Norėdami tai padaryti, pakanka apšviesti tiriamą medžiagą ir spektrografu nustatyti jos išsklaidytos šviesos sudėtį. Tai atrodo labai paprasta. Tačiau kol šis metodas pasirodė tikrai patogus ir greitas, mokslininkams teko daug dirbti kuriant tikslią, jautrią įrangą. Ir todėl.

Iš viso šviesos energijos, patenkančios į tiriamą medžiagą, tik nežymi dalis - maždaug viena dešimt milijardo dalis - tenka išsibarsčiusiai šviesai. Ramano sklaida retai sudaro net du ar tris procentus šios vertės. Tikriausiai todėl pats Ramano išsibarstymas ilgą laiką liko nepastebėtas. Ir nenuostabu, kad norint gauti pirmąsias Ramano nuotraukas reikėjo dešimtis valandų trukmės ekspozicijos.

Šiuolaikinė įranga, sukurta mūsų šalyje, leidžia per kelias minutes, o kartais net per kelias sekundes, gauti kombinuotą grynų medžiagų spektrą! Net analizuojant sudėtingus mišinius, kuriuose atskiros medžiagos yra kelių procentų, paprastai pakanka ne ilgesnės kaip valandos ekspozicijos.

Praėjo trisdešimt septyneri metai, kai Mandelštamas ir Landsbergis, Ramanas ir Krišnanas atrado, iššifravo ir suprato molekulių kalbą, įrašytą į fotografijos plokštes. Nuo to laiko visas pasaulis stengėsi sudaryti molekulių kalbos „žodyną“, kurį optika vadina Ramano dažnių katalogu. Sudarius tokį katalogą, spektrogramų interpretavimas bus labai palengvintas, o Ramano šviesos sklaida taps dar naudingesnė mokslui ir pramonei.

Savivaldybės biudžetinė švietimo įstaiga

Tomsko srities „Kislovskajos vidurinė mokykla“

Tiriamasis darbas

Tema: „Kodėl saulėlydis raudonas ...“

(Lengva dispersija)

Atlikti darbai:,

5A klasės mokinys

Galva;

chemijos mokytoja

1. Įvadas ………………………………………………… 3

2. Pagrindinė dalis …………………………………………… 4

3. Kas yra šviesa ………………………………………… .. 4

Studijų dalykas - saulėlydis ir dangus.

Tyrimo hipotezės:

Saulė turi spindulių, kurie dangų nuspalvina skirtingomis spalvomis;

Raudoną galima gauti laboratorinėmis sąlygomis.

Mano temos aktualumas slypi tame, kad ji bus įdomi ir naudinga klausytojams, nes tiek daug žmonių žiūri į giedrą mėlyną dangų, žavisi juo ir mažai kas žino, kodėl dieną jis yra toks mėlynas, o saulei leidžiantis - raudonas ir kas suteikia tokia spalva jam.

2. Pagrindinė dalis

Iš pirmo žvilgsnio šis klausimas atrodo paprastas, tačiau iš tikrųjų jis paliečia giliausius šviesos lūžio atmosferoje aspektus. Kad galėtumėte suprasti atsakymą į šį klausimą, turite įsivaizduoti, kas yra šviesa..jpg "align \u003d" left "height \u003d" 1 src \u003d "\u003e

Kas yra šviesa?

Saulės šviesa yra energija. Objektyvo sutelkta saulės spindulių šiluma virsta ugnimi. Šviesą ir šilumą atspindi balti paviršiai, o sugeria juodi. Štai kodėl balti drabužiai yra šaltesni nei juodi.

Kokia yra šviesos prigimtis? Isaacas Newtonas pirmasis bandė rimtai studijuoti šviesą. Jis tikėjo, kad šviesa susideda iš korpusų dalelių, kurios šaudomos kaip kulkos. Tačiau kai kurios šviesos savybės negalėjo būti paaiškintos šia teorija.

Kitas mokslininkas Huygensas pasiūlė kitokį šviesos prigimties paaiškinimą. Jis sukūrė „bangų“ šviesos teoriją. Jis tikėjo, kad šviesa sukuria impulsus arba bangas taip pat, kaip į tvenkinį įmestas akmuo sukuria bangas.

Kokia šiandien mokslininkų nuomonė apie šviesos kilmę? Dabar manoma, kad šviesos bangos tuo pačiu metu turi ir dalelių, ir bangų savybes. Atliekami eksperimentai, patvirtinantys abi teorijas.

Šviesa susideda iš fotonų - nesvarių dalelių, kurios neturi masės, eina maždaug 300 000 km / s greičiu ir pasižymi bangų savybėmis. Šviesos bangų dažnis lemia jos spalvą. Be to, kuo didesnis vibracijos dažnis, tuo trumpesnis bangos ilgis. Kiekviena spalva turi savo vibracijos dažnį ir bangos ilgį. Balta saulės šviesa susideda iš daugybės spalvų, kurias galima pamatyti lūžus pro stiklinę prizmę.

1. Prizmė skaido šviesą.

2. Balta šviesa yra sudėtinga.

Atidžiai pažvelgę \u200b\u200bį šviesos praėjimą per trikampę prizmę, galite pastebėti, kad baltos šviesos skaidymas prasideda, kai tik šviesa pereina iš oro į stiklą. Vietoj stiklo galite pasiimti kitas skaidrias šviesai medžiagas.

Pažymėtina, kad ši patirtis išliko šimtmečius, o jos metodika vis dar naudojama laboratorijose be reikšmingų pokyčių.

dispersio (lot.) - sklaidymas, sklaidymas - dispersija

Niutono dispersija.

I. Newtonas pirmasis ištyrė šviesos sklaidos reiškinį ir yra laikomas vienu svarbiausių jo mokslo laimėjimų. Nenuostabu, kad ant jo antkapio, pastatyto 1731 m., Papuoštas jaunuolių, turinčių jo emblemą, figūromis pagrindiniai atradimai, viena figūra laiko prizmę, o užrašas ant paminklo yra žodžiai: "Jis ištyrė šviesos spindulių ir tuo pačiu metu pasirodančių įvairių savybių skirtumą, kurio anksčiau niekas neįtarė". Paskutinis teiginys nėra visiškai tikslus. Dispersija taip pat buvo žinoma anksčiau, tačiau ji nebuvo išsamiai ištirta. Tobulindamas teleskopus, Niutonas atkreipė dėmesį į tai, kad objektyvo duotas vaizdas kraštuose yra spalvotas. Tyrinėdamas lūžio spalvos kraštus, Newtonas padarė savo atradimus optikos srityje.

Matomas spektras

Išardžius baltą spindulį prizmėje, susidaro spektras, kuriame skirtingo bangos ilgio spinduliuotė lūžta skirtingais kampais. Spektro spalvos, tai yra tos spalvos, kurias galima gauti to paties ilgio (arba labai siauro diapazono) šviesos bangomis, vadinamos spektrinėmis. Pagrindinės spektrinės spalvos (kurios turi savo pavadinimą), taip pat šių spalvų emisijos charakteristikos pateikiamos lentelėje:

Kiekviena spektro „spalva“ turi būti siejama su tam tikro ilgio šviesos banga

Paprasčiausią spektro idėją galima gauti pažvelgus į vaivorykštę. Balta šviesa, lūžta vandens lašeliuose, sudaro vaivorykštę, nes ją sudaro daugybė visų spalvų spindulių, kurie lūžta įvairiai: raudona - silpniausia, mėlyna ir violetinė - stipriausia. Astronomai tiria Saulės, žvaigždžių, planetų, kometų spektrus, nes iš spektrų galima sužinoti daug.

Azotas "href \u003d" / text / category / azot / "rel \u003d" bookmark "\u003e azotas. Raudona ir mėlyna šviesa skirtingai sąveikauja su deguonimi. Kadangi mėlynos spalvos bangos ilgis yra maždaug deguonies atomo dydis, todėl mėlyna šviesą skleidžia deguonis skirtingomis kryptimis, o raudona šviesa ramiai praeina per atmosferos sluoksnį. Tiesą sakant, violetinė šviesa dar labiau išsibarstė atmosferoje, tačiau žmogaus akis jai yra mažiau jautri nei mėlyna. Dėl to paaiškėja, kad akis žmogus iš visų pusių pagauna deguonies išsklaidytą mėlyną šviesą, dėl kurios dangus mums atrodo mėlynas.

Be atmosferos Žemėje Saulė mums atrodytų kaip ryškiai balta žvaigždė, o dangus būtų juodas.

0 "style \u003d" border-collapse: collapse; border: none "\u003e

Neįprasti reiškiniai

https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg "alt \u003d" (! LANG: Aurora Borealis" align="left" width="140" height="217 src=">!} Poliariniai žibintai Nuo senų senovės žmonės žavėjosi didingu auroros paveikslu ir stebėjosi jų kilme. Vienas iš ankstyviausių auroros paminėjimų yra Aristotelyje. Jo „Meteorologijoje“, parašytoje prieš 2300 metų, galite perskaityti: „Kartais giedromis naktimis danguje pastebima daugybė reiškinių - spragos, spragos, kraujo raudona spalva ...

Atrodo, kad liepsnelė dega “.

Ką mirksi naktį išvalytas spindulys?

Ką plona liepsna trenkia į dangų?

Kaip žaibas be baisių debesų

Siekiate nuo žemės iki zenito?

Kaip gali būti, kad sustingęs kamuolys

Ar vidurnaktį kilo gaisras?

Kas yra aurora borealis? Kaip jis formuojamas?

Atsakymas. Aurora yra liuminescencinis švytėjimas, atsirandantis dėl iš Saulės skriejančių įkrautų dalelių (elektronų ir protonų) sąveikos su žemės atmosferos atomais ir molekulėmis. Šių įkrautų dalelių išvaizda tam tikruose atmosferos regionuose ir tam tikrame aukštyje yra Saulės vėjo sąveikos su Žemės magnetiniu lauku rezultatas.

Aerozolis "href \u003d" / text / category / ayerozolmz / "rel \u003d" bookmark "\u003e aerozolis išsklaido dulkes ir drėgmę, todėl jie yra pagrindinė saulės spalvos (dispersijos) irimo priežastis. Zenito padėtyje saulės spindulių paplitimas ant aerozolių oro komponentų atsiranda beveik stačiu kampu, jų sluoksnis tarp stebėtojo ir saulės akių yra nereikšmingas. Kuo žemiau saulė nusileidžia iki horizonto linijos, tuo labiau padidėja atmosferos oro sluoksnio storis ir jame esančios aerozolių suspensijos kiekis. Saulės spinduliai, palyginti su stebėtoju, keičia suspensijos dalelių kampą, Tada pastebima saulės spindulių sklaida. Taigi, kaip minėta pirmiau, saulės šviesą sudaro septynios pagrindinės spalvos. Kiekviena spalva, kaip ir elektromagnetinė banga, turi savo ilgį ir galimybę išsisklaidyti atmosferoje. Pagrindinės spektro spalvos išdėstytos skalėje, nuo raudonos iki Raudona spalva turi mažiausiai galimybių išsklaidyti (taigi, sugerti) atmosferą. dispersija visas spalvas, kurios seka raudoną skalėje, išsklaido aerozolio suspensijos komponentai ir jas sugeria. Stebėtojas mato tik raudoną spalvą. Tai reiškia, kad kuo storesnis atmosferos oro sluoksnis, tuo didesnis suspenduotų medžiagų tankis, tuo daugiau spektro spindulių bus išsklaidyta ir absorbuota. Gerai žinomas gamtos reiškinys: po galingo Krakatoa ugnikalnio išsiveržimo 1883 m., Keletą metų skirtingose \u200b\u200bplanetos vietose buvo stebimi neįprastai ryškūs, raudoni saulėlydžiai. Taip yra dėl galingo vulkaninių dulkių išsiskyrimo į atmosferą išsiveržimo metu.

Nemanau, kad mano tyrimai tuo baigsis. Man vis dar kyla klausimų. Aš noriu žinoti:

Kas atsitinka, kai šviesos spinduliai praeina per įvairius skysčius, tirpalus;

Kaip atspindima ir sugeriama šviesa.

Baigęs šį darbą buvau įsitikinęs, kiek daug gali stebinti ir būti naudinga praktinei veiklai šviesos lūžio reiškinyje. Būtent tai leido suprasti, kodėl saulėlydis yra raudonas.

Literatūra

1., fizika. Chemija. 5-6 kl. Vadovėlis. M.: Bustardas, 2009, p. 106

2. Bulatas yra reiškinys gamtoje. M.: Švietimas, 1974, 143 p.

3. "Kas daro vaivorykštę?" - Quant 1988, Nr. 6, p. 46.

4. Optikos paskaitos. Tarasovas gamtoje. - M.: Švietimas, 1988 m

Interneto šaltiniai:

1.http: // potomija. ru / Kodėl dangus mėlynas?

2.http: // www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Kodėl dangus mėlynas?

3.http: // galiojimo laikas. ru / kategorija / obrazovanie /

Tai žinoma mėlynas dangus - Tai yra ozono sluoksnio ir saulės spindulių sąveikos priežastis. Bet kas tiksliai vyksta fizikos prasme ir kodėl dangus mėlynas? Buvo keletas šio balo teorijų. Visi jie galiausiai patvirtina, kad pagrindinė priežastis yra atmosfera. Tačiau sąveikos mechanizmas taip pat paaiškinamas.

Pagrindinis faktas yra apie saulės šviesą. Žinoma, kad saulės šviesa yra balta. Balta yra visų spektrų suma... Eidamas per dispersiją, jis gali būti suskaidytas į vaivorykštę (arba spektrus).

Remdamiesi šiuo faktu, mokslininkai pasiūlė keletą teorijų.

Pirmoji teorija mėlyną spalvą paaiškino dalelių išsklaidymas atmosferoje. Buvo daroma prielaida, kad didelis mechaninių dulkių, augalų žiedadulkių dalelių, vandens garų ir kitų mažų intarpų kiekis veikia kaip dispersijos terpė. Todėl mus pasiekia tik melsvas spalvų spektras. Bet kaip tada paaiškinti, kad dangaus spalva nesikeičia žiemą ar šiaurėje, kur tokių dalelių yra mažiau arba jų pobūdis skiriasi? Teorija buvo greitai atmesta.

Kita teorija daroma prielaida, kad baltas šviesos srautas praeina per atmosferą, kurią sudaro dalelės. Kai šviesos pluoštas praeina per jų lauką, dalelės sužadinamos. Aktyvintos dalelės ima skleisti papildomus spindulius. Tai saulėtą spalvą paverčia melsva spalva. Be mechaninio sklaidos ir sklaidos, balta šviesa taip pat aktyvina atmosferos daleles. Reiškinys primena liuminescenciją. Šiuo metu šis paaiškinimas yra.

Naujausia teorija paprasčiausias ir pakanka paaiškinti pagrindinę reiškinio priežastį. Jo reikšmė labai panaši į ankstesnes teorijas. Oras sugeba išsklaidyti šviesą spektruose. Tai yra pagrindinė mėlyno švytėjimo priežastis. Šviesa su trumpu bangos ilgiu išsklaidoma intensyviau nei šviesa su trumpu bangos ilgiu. Tie. violetinė yra labiau išsklaidyta nei raudona. Šis faktas paaiškina dangaus spalvos pasikeitimą saulei leidžiantis. Pakanka pakeisti saulės kampą. Tai atsitinka, kai žemė sukasi, o saulėlydžio metu dangaus spalva pasikeičia į oranžinę-rausvą. Kuo aukščiau saulė yra virš horizonto, tuo mėlynesnę šviesą pamatysime. Visko priežastis yra ta pati sklaida arba šviesos skaidymo į spektrus reiškinys.

Be viso to, jūs turite suprasti, kad negalima atmesti visų minėtų veiksnių. Galų gale, kiekvienas iš jų šiek tiek prisideda prie bendro vaizdo. Pavyzdžiui, prieš kelerius metus Maskvoje dėl gausaus augalų žydėjimo pavasarį susidarė tankus žiedadulkių debesis. Tai nudažė dangų žaliai. Tai gana retas reiškinys, tačiau jis parodo, kad taip pat vyksta atmesta teorija apie ore esančias mikrodaleles. Tiesa, ši teorija nėra išsami.