Красный цвет дымки, вероятно, обусловлен пылью и аэрозолями, частицы которых имеют большие размеры (порядка одной десятой микрометра в диаметре). Частицы такого размера рассеивают главным образом красные лучи солнечного света.

Туман над городом состоит из мельчайших капелек воды, в которой растворены различные вещества. Одно из них — диоксид азота, поглощающий достаточно солнечного света, чтобы придать туману коричневатый оттенок. Цвет фона внизу, например цвет кирпичей, из которых построены дома, тоже может отразиться на цвете тумана.

Если смотреть на солнце через плотную дымку, взвешенные в воздухе частицы дополнительно рассеивают солнечный свет в направлении наблюдателя. Рассеяние происходит главным образом в направлении распространения света, и поэтому наиболее яркая область видна вблизи солнца. Когда солнце высоко, дымку освещает белый солнечный свет, поэтому и освещенная область, скорее всего, будет белой. Когда солнце низко, дымку освещает красноватый свет, прошедший длинный путь через атмосферу. Поэтому и окружающая солнце область будет красной.

Почему, когда ночью едешь в направлении расположенного вдали города, над ним видно грязно-оранжевое свечение? Почему, если смотреть издали на рождественскую елку, украшенную разноцветными лампочками, она кажется преимущественно красной?

ОТВЕТ • Несколько факторов ответственны за цвет неба над расположенным вдалеке городом. Один из них — цвет городских огней. Даже если свет городских фонарей белый, но город покрыт дымкой, небо над ним, скорее всего, будет оранжевым или красноватым. Когда свет, рассеянный дымкой, распространяется в направлении наблюдателя, до него доходит главным образом красный свет, поскольку свет синей области спектра ослабевает при рассеянии на молекулах воздуха, оказавшихся на его пути. Кроме того, если размер молекул дымки составляет порядка 0,1 мкм или больше, рассеяние на них тоже выборочно отправляет в направлении наблюдателя главным образом красный свет.

Аналогично, если издалека смотреть на рождественскую елку, синяя составляющая света, доходящая до наблюдателя, ослабевает в результате рассеяния на молекулах воздуха. Если елка достаточно далеко, на ней видны только красные огоньки.

Является ли горизонт границей, за которой кривизна Земли не позволяет видеть более удаленные точки на ее поверхности? Как расстояние до линии горизонта зависит от того, насколько высоко наблюдатель находится над земной поверхностью? С высоты горизонт по-прежнему виден отчетливо?

ОТВЕТ • Рассмотрим лучи света, идущие под углом вверх от источника, положение которого скрыто из-за кривизны Земли. Если бы лучи распространялись по прямой, они прошли бы над головой наблюдателя, и он бы ничего не увидел. Но путь лучей меняется, поскольку плотность воздуха уменьшается с высотой. Благодаря рефракции (изменению направления) световые лучи слегка загибаются вниз, в направлении наблюдателя. Какая-то часть этих лучей доходит до наблюдателя, давая ему возможность видеть то, что скрыто из-за кривизны Земли. Чем наблюдатель выше, тем дальше от него линия горизонта. Кроме того, на этот эффект влияет изменение плотности воздуха с высотой. Однако на высоте порядка нескольких километров возможность обширного обзора исчезает из-за размытия изображений в результате сильного рассеяния света частицами в атмосфере.

Почему за городом цвет неба, плотно затянутого облаками, меняется в зависимости от времени года? Почему летом оно кажется зеленее, чем зимой?

ОТВЕТ • Зеленоватый оттенок неба летом обусловлен тем, что свет сначала рассеивается растительностью, а уже затем рассеивается в направлении наблюдателя капельками воды в облаках.

Иногда над ледяными полями Крайнего Севера на нижней границе нависающих облаков или тумана можно увидеть карту окружающей местности. Такие карты называют ледяными отблесками, или облачными картами. Они отображают ледяное поле на расстоянии до 30 км и помогают проложить маршрут между льдинами человеку, плывущему на каяке или едущему на санях по ледяной равнине. Как можно объяснить появление ледяных отблесков? Можно ли их увидеть при других условиях?

ОТВЕТ • На нижнюю границу облаков лед отражает больше солнечного света, чем открытая вода, например, при падении света под углом 60° вода отражает около 6%, а снег — около 90%. Таким образом, по-разному освещенные снизу облака напоминают карту ледяного поля: темные места соответствуют открытой воде, а яркие — это участки, покрытые льдом. Сходные карты могут появляться и при сильном тумане.

Многие замечали, что зимой во время тумана видимость заметно улучшается, когда начинает идти снег. И когда тумана нет, но небо затянуто тучами, сразу становится светлее, если пошел снег. Почему снег меняет видимость и освещенность?

ОТВЕТ • Когда во время тумана идет снег, падающие снежинки уносят с собой какую-то часть скопившихся в воздухе капелек воды. Кроме того, они отрывают от капелек тумана молекулы воды, поэтому размер оставшихся во взвешенном состоянии капелек уменьшается. Оба этих фактора приводят к уменьшению плотности тумана и улучшают видимость. Когда тумана нет, неожиданный снегопад улучшает освещенность, поскольку свет, отраженный от свежевыпавшего снега, ярче (коэффициент отражения от свежевыпавшего снега больше, чем от лежалого).

В пасмурный день снег на горизонте ярче, чем прилегающие к горизонту участки неба, по трем причинам. Во-первых, капельки воды в тучах рассеивают солнечный свет главным образом в направлении вперед, поэтому глаз наблюдателя воспринимает больше света от неба над головой, чем от неба вблизи горизонта. Следовательно, небо вблизи горизонта выглядит темнее. Во-вторых, снег интенсивно рассеивает свет во всех направлениях, поэтому глаз воспринимает свет, исходящий от снега вблизи горизонта. Это означает, что снег кажется ярким. В-третьих, когда человек видит границу, разделяющую области разной яркости, его мозг усиливает это различие, делая границу резче.

Во время Второй мировой войны прожекторы использовались для обнаружения самолетов противника. В наши дни их применяют в рекламе для привлечения покупателей. Почему луч прожектора резко обрывается, а не ослабевает или не уходит «в бесконечность»?

ОТВЕТ • С увеличением расстояния от лампы прожектора яркость луча уменьшается и поскольку он расходится, и благодаря тому, что молекулы воздуха и взвешенные в воздухе частицы рассеивают свет. Действительно, если бы на пути луча не было ничего, что рассеивает свет в направлении наблюдателя, он бы его не увидел. При рассеянии интенсивность пучка быстро уменьшается, поэтому видимый луч резко обрывается.