Распределение света по небу
Изучите в ясный день при помощи цианометра, если он у вас есть, или нашего нитрометра распределение яркости по небу. Прежде всего внимательно изучите окрестности. Используйте маленькое зеркало, чтобы сравнивать одну часть неба с другой (фотографии XIX и XX), и нанесите линии равной яркости (изофоты) и одинаковой синевы на диаграмму, повторите это при различной высоте Солнца. «Со временем тренированный глаз видит ход изофот так, как если бы они были начерчены на фоне неба».
Теория распределения цвета и света по небу очень сложна. Дело в том, что воздух освещается не только Солнцем, но и голубым небом; кроме того, все явление осложняется наличием в атмосфере пыли и водяных капель, действие которых невозможно учесть точно.
Наиболее темная точка небосвода всегда лежит на вертикальном круге, проходящем через Солнце, на расстоянии от него около 95°, когда Солнце низко, и около 65°, когда оно высоко. Сквозь эту точку проходит «линия темноты», делящая небо на две части: яркую область, прилегающую к Солнцу, и другую яркую область — противолежащую ему. Форма и величина этих областей меняются в соответствии с высотой Солнца. Мы можем рассматривать распределение света по небу как результат сочетания трех явлений:
1. Вблизи Солнца яркость быстро растет и даже становится ослепляющей, цвет все более и более приближается к белому (нужно стоять в тени строения около конца тени).
2. На расстоянии 90° от Солнца небо должно быть наиболее темным и наиболее синим, но
3. сказывается третий эффект: интенсивность света растет от зенита к горизонту, в то же время цвет становится белее. Этот эффект сочетается с двумя указанными выше.
Первое явление очень хорошо поддается измерению при помощи нигрометра. Закроем половину поля зрения куском стекла, покрытого с одной стороны слоем черной краски так, чтобы в нем отражалась часть неба, близкая к Солнцу, и направим нитрометр так. чтобы в другой половине был виден участок неба в 40—50° от Солнца. Меняя направление на несколько градусов в ту или другую сторону, мы легко найдем положение, в котором обе половины поля имеют одинаковую яркость. Изменения в яркости при таких движениях особенно заметны в половине поля, освещенной отражением яркой части неба.
Сама возможность такого уравнивания яркостей приводит нас к заключению, что в точке близ Солнца яркость должна быть по крайней мере в 20 раз больше, чем на расстоянии 45° от Солнца. Такое чрезвычайно сильное рассеяние под малыми углами к направлению падающего света следует приписать плавающим в воздухе сравнительно крупным частицам — пылинкам и каплям. Это согласуется и с тем, что цвет близ Солнца менее синий, а скорее белый или даже желтоватый, подобно самому Солнцу — ведь большие частицы рассеивают все цвета приблизительно одинаково.
Второй эффект — это следствие самого закона рассеяния. Под углом 90° рассеяние должно быть приблизительно в два раза слабее, чем в противосолнечной точке. Более того, крупные частицы почти, если не совсем, не рассеивают свет под столь большими углами. Следовательно, то, что мы видим,— это лишь отделенный рассеянием на самих молекулах воздуха чистый синий свет.
Третий эффект возникает главным образом вследствие большой толщины слоя воздуха между нашим глазом и горизонтом. Хотя каждая частица воздуха рассеивает преимущественно фиолетовые и синие лучи, именно эти лучи ослабляются сильнее всего на своем долгом пути от рассеивающей частицы до нашего глаза. Если слой воздуха очень толст, эти два эффекта гасят один другой.
Недавно было неожиданно открыто, что на цвет неба влияет также присутствие озона, этой необычной формы кислорода, существующей на большой высоте в атмосфере. Озон имеет синий цвет, подобно куску синего стекла — из-за истинного поглощения, а не из-за рассеяния. Этот фактор вступает в игру, когда Солнце спускается к горизонту. Если бы окраска объяснялась рассеянием, небо в зените должно было бы стать серым и даже желтоватым (согласно теории); то, что это не происходит и небо в зените остается голубым, объясняется поглощением света в озоне.
Вполне возможно также, что слои, близкие к Земле, содержат больше частиц пыли, которые увеличивают рассеяние и делают свет «белее», если даже слой воздуха нельзя считать бесконечно толстым.
Наиболее темная часть неба всегда и наиболее синяя, и имеет более насыщенный цвет. Это означает, что не существует облаков с частицами меньше 0,0001 мм, поскольку они должны были бы вызывать местный рост интенсивности света и в то же время не изменяли бы синевы.
Рескин отмечает, что синее небо есть наилучший пример постепенного перехода цветов. Он призывал изучать небо после захода Солнца, отраженное в оконном стекле или в естественной рамке из деревьев и домов. Попытайтесь вообразить, что вы смотрите на картину, и вы будете удивлены уравновешенностью и нежностью переходов.
Пользуйтесь садовым шаром для того, чтобы лучше определить градации яркости и голубизны.
Посмотрите на голубое небо через кусок плоского красного стекла, достаточно большой, чтобы смотреть обоими глазами. Зенит покажется вам угрожающе темным по сравнению со светлым горизонтом. Это происходит потому, что голубой свет почти не пропускается стеклом, в то время как беловатый свет горизонта проходит через стекло достаточно хорошо. При этом можно понять, почему структура распадающихся перистых облаков кажется нам необыкновенно изящной, если наблюдать их сквозь красное стекло.