В морозную ночь над городом вдруг повисает тёплое оранжевое зарево. Кажется, будто за домами полыхает огромный костёр или сам воздух раскалился. Чаще всего ни то, ни другое. Так выглядит световое загрязнение: небо в буквальном смысле подсвечивают снизу фонари, витрины, окна и подсветка зданий. А тёплый оттенок ему достался от конкретного типа уличных ламп.
И вот сразу поправка к самому вопросу. Естественное ночное небо вдали от городов оранжевым не бывает, оно тёмное. Оранжевый фон появляется там, где внизу есть источники света, и исчезает, стоит отъехать от освещённых районов.
Небо светится не само
Фонарь светит не только вниз, на дорогу. Заметная часть потока уходит вверх, напрямую или отразившись от земли, стен и асфальта. Дальше этот свет встречает молекулы воздуха и мелкие частицы: аэрозоли, капли в облаках. Там он и рассеивается, в том числе обратно вниз, к наблюдателю.
Глаз при этом видит не сам луч и не отдельный фонарь, а рассеянный свет, источники которого размыты по всему небосводу. Фонари светят, а светящимся кажется небо. У явления есть точное название: искусственная яркость ночного неба, или skyglow.
Почему оттенок именно оранжевый
Цвет рассеянного света задаёт в первую очередь сам источник. Массовые уличные натриевые лампы излучают характерный жёлто-оранжевый свет. Он рождается в возбуждённых атомах натрия, узкой спектральной линией, а вовсе не нагревом воздуха.
Атмосфера такой свет рассеивает, но не перекрашивает. Новых цветов рассеяние не создаёт, оно лишь перераспределяет уже имеющиеся. Если улицы освещают преимущественно холодные белые лампы, ночной купол обычно выглядит белесо-серым или голубоватым. Именно это и происходит в городах, где освещение меняют на светодиодное.
Когда зарево становится особенно заметным
Облака, туман, пыль и смог усиливают обратное рассеяние. Низкая облачность над освещённым городом работает как усилитель: свет отражается от множества капель и возвращается вниз. Оранжевое сияние расползается по всему небу и становится заметно ярче, чем в ясную ночь.
Вот почему самый эффектный оранжевый купол обычно виден в сырую погоду и при низких облаках. Не потому, что воздух горячий, а потому, что в нём много рассеивающих частиц.
Полезная аналогия: облака над городом похожи на матовый потолок, снизу подсвеченный тёплой лампой, и часть света возвращается обратно в комнату. Предел аналогии: облако не зеркало и не ровная поверхность. Свет многократно рассеивается на каплях, аэрозолях и молекулах, поэтому картина получается мягкой и размытой, а не отражением фонарей.
Оранжевое небо сразу после заката — другой механизм
Если тёплое небо видно вскоре после захода Солнца, дело, скорее всего, вообще не в фонарях. Лучи заходящего Солнца идут к наблюдателю по очень длинной наклонной траектории через атмосферу. На этом пути коротковолновый синий свет рассеивается сильнее и до наблюдателя почти не доходит, а жёлто-оранжево-красная часть проходит. Тот же механизм делает закаты красными.
Ограничение простое. Глубокой ночью Солнце не освещает атмосферу над вами, и это объяснение не работает. Ночной оранжевый фон почти всегда означает искусственный свет.
Где это объяснение не работает
Не всякое ночное зарево объясняется городскими фонарями. Источником может быть крупный пожар, факел на производстве, свечение вулкана или полярное сияние (у последнего обычно зелёные и красные оттенки). Различить помогает масштаб и контекст: ровный купол над большим городом в облачную ночь — типичная картина светового загрязнения, а локальное пятно в стороне от застройки требует отдельного объяснения. Одним лишь цветом причину установить нельзя.
Дым и аэрозоли — тоже не универсальный усилитель оранжевого. Их влияние зависит от размера, состава и высоты частиц. Густая приземная дымка может, наоборот, ослабить и «выбелить» цвет, а не подчеркнуть его. Поэтому фраза «небо оранжевое из-за смога» — не объяснение, а догадка: смог может быть частью картины, но цвет задаёт источник света.
И самая частая ошибка интуиции: считать оранжевый оттенок признаком жары или «раскалённого воздуха». Цвет говорит о спектре источника и о рассеянии, а не о температуре воздуха.
Что в итоге
Ночное оранжевое небо над городом — это в основном рассеянный искусственный свет. Лампы светят вверх и в стороны, атмосфера возвращает часть этого света назад, а натриевые лампы придают ему тёплый жёлто-оранжевый тон. Облака и влажность лишь усиливают и размазывают картину. Причина тут не в воздухе, а в освещении. И убирают её не «очисткой атмосферы», а плафонами, которые направляют свет вниз.
Вопрос читателю: приходилось ли вам замечать, что после замены уличных ламп на холодные белые ночной купол неба теряет оранжевый оттенок?
Больше объяснений обычных вещей — подпишитесь на канал.
#космос #астрономияпростымисловами #почемуэтотак #наукапростымисловами #интересныефакты