Солнце зелёное или белое? Спектр излучения, закон Вина и восприятие цвета

Тема: Цвет Солнца и видимый спектр излучения · Закон смещения Вина, чёрное тело и восприятие цвета глазом

Кратко

После публикации российскими СМИ перевода статьи британского астрофизика Аластера Ганна возник спор, белое Солнце или зелёное. По словам физика Малыхина, звёзды рассматриваются как абсолютно чёрные тела, и по закону Вина максимум излучения Солнца приходится на длину волны 501 нм — зелёно-бирюзовую область, однако Солнце излучает во всех видимых длинах волн. Поскольку излучение почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки, мозг воспринимает Солнце белым; искажения у поверхности Земли объясняют голубое небо и жёлто-красные закаты.

Главное

  • В физике звёзды описывают как абсолютно чёрные тела: они поглощают свет и сами его не отражают.
  • По закону Вина максимум излучения Солнца приходится на длину волны 501 нм — это зелёная или бирюзовая область (зелёный диапазон 500–570 нм).
  • Максимум на кривой относится к одной длине волны, а не ко всему спектру: Солнце излучает во всех видимых длинах волн (примерно 380–780 нм).
  • Излучение Солнца почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки, поэтому мозг воспринимает его как белый цвет.
  • При прохождении через атмосферу короткие волны рассеиваются и поглощаются, у поверхности Земли пик смещается в красный диапазон — отсюда голубое небо и жёлто-красные закаты.
  • Громкий заголовок «Солнце зелёное» возник из-за расхождения переводов статьи и упрощённого прочтения закона Вина.
  • Цвет — это восприятие человеком определённого электромагнитного излучения, а не свойство самой длины волны.

Дискуссия о цвете Солнца возникла после того, как ряд российских СМИ опубликовал статью астронома британского Астрофизического центра Джорелл-Бэнк Аластера Ганна (Alastair Gunn). Во время перевода издания разошлись во мнении о том, какое же Солнце на самом: белое или зеленое. Как пояснил РИА Новости Малыхин, в физике звезды считаются абсолютно черными телами. Такими называют объекты, которые поглощают любой поток света и не отражают его. "Другими словами, если вы подсветите Солнце фонариком, то оно ничего не отразит вам обратно, вы его не увидите", - сказал ученый.

…

максимум излучения Солнца согласно Закону Вина (устанавливает зависимость длины волны от температуры черного тела – ред.) наблюдается на длине волны 501 нанометров. Такой цвет можно назвать зеленым или бирюзовым. К зеленому можно отнести диапазон от 500 до 570 нанометров. И вот мы  и получаем наш громкий заголовок

- Солнце зеленое", - сказал Малыхин.

Однако, отметил ученый, не стоит торопиться с выводами...

Солнце излучает во ВСЕХ диапазонах длин волн, но пики излучения приходятся на разные области. Этот максимум излучения приходится НЕ на спектр, а на определенную длину волны  (закон смещения Вина)

При вхождении в атмосферу, из-за рассеяния и поглощения части коротких волн, пик смещается в середину видимой части спектра, у поверхности Земли – в красный диапазон:

Этим собственно и объясняется голубой цвет неба и желто-красный цвет Солнца на восходе и закате.

То, что максимум излучения Солнца приходится на определённую длину волны, не секрет.

Например, физика за 11 класс:

Но, одно дело - где лежит максимум (точка на кривой) и совсем другое как выглядит суммарный спектр , сплошное равновесное излучение, в котором присутствуют ВСЕ  видимые длины волн.

И вот тут самое время вспомнить о Радуге

в которой - Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан при сложении нам даёт белый цвет:

"Почти весь видимый диапазон солнечного света (380-780 нанометров) покрывается максимумом кривой излучения Солнца. Учитывая особенность восприятия наших органов зрения, излучение Солнца почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки. Наш мозг это корректирует и говорит, что каждого цвета примерно одинаковое количество, и мы видим в итоге белый цвет. О чем и говорится в исходной статье британского ученого ", - рассказал Малыхин.

В общем-то ничего нового - школьный курс физики:

Цвет - восприятие человеком определенного электромагнитного излучения.

Если взять частотный диапазон, соответствующий зеленому цвету , то он и будет восприниматься как зелёный :

И если мы Солнце видим зеленым , то значит остальные цвета спектра были отсеяны/поглощены атмосферой .

либо наши « L » и « S » рецепторы не работают.

Фрагменты

В физике звёзды считаются абсолютно чёрными телами — объектами, которые поглощают любой поток света и не отражают его. Как пояснил Малыхин: если подсветить Солнце фонариком, оно ничего не отразит обратно, и вы его не увидите.

По закону Вина максимум излучения Солнца наблюдается на длине волны 501 нм — такой цвет можно назвать зелёным или бирюзовым; к зелёному относят диапазон 500–570 нм. Именно отсюда и появился громкий заголовок «Солнце зелёное».

Малыхин предупреждает, что не стоит торопиться с выводами: максимум излучения приходится не на весь спектр, а на определённую длину волны. Солнце излучает во всех диапазонах длин волн, но пики приходятся на разные области.

Одно дело — где лежит максимум (точка на кривой), и совсем другое — как выглядит суммарный спектр, сплошное равновесное излучение, в котором присутствуют все видимые длины волн. При сложении цветов радуги получается белый цвет.

Почти весь видимый диапазон солнечного света (380–780 нм) покрывается максимумом кривой излучения Солнца. Излучение почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки, мозг корректирует сигнал и показывает примерно одинаковое количество каждого цвета — в итоге мы видим белый цвет.

При вхождении в атмосферу из-за рассеяния и поглощения части коротких волн пик смещается в середину видимой части спектра, а у поверхности Земли — в красный диапазон. Это объясняет голубой цвет неба и жёлто-красный цвет Солнца на восходе и закате.

Цвет — это восприятие человеком определённого электромагнитного излучения. Если взять частотный диапазон, соответствующий зелёному цвету, он и будет восприниматься как зелёный; если Солнце видится зелёным, значит остальные цвета были отсеяны или поглощены атмосферой либо рецепторы L и S не работают.

Вопросы и ответы

Почему Солнце называют зелёным?
Потому что по закону Вина максимум излучения Солнца приходится на длину волны 501 нм, которую можно отнести к зелёной или бирюзовой области (зелёный диапазон — 500–570 нм). Этот факт и дал громкий заголовок.
Какого цвета Солнце на самом деле?
Солнце излучает во всех видимых длинах волн, и его излучение почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки; мозг корректирует это и мы видим белый цвет.
Почему небо голубое, а закат жёлто-красный?
При вхождении излучения в атмосферу часть коротких волн рассеивается и поглощается, пик смещается в середину видимой части спектра, а у поверхности Земли — в красный диапазон. Этим и объясняются голубой цвет неба и жёлто-красный цвет Солнца на восходе и закате.
Что такое абсолютно чёрное тело?
Это объект, который поглощает любой поток света и не отражает его; в физике такими считаются звёзды.

Комментарии

  1. Тезис про «почти равномерную засветку» L, M и S-колбочек выглядит натяжкой: спектральная плотность энергетической светимости по Планку при 5778 К в видимом окне не плоская, а монотонно растёт к длинноволновому краю - на 650-700 нм она примерно вдвое-втрое выше, чем на 400-450 нм, то есть L-колбочки получают заметно больший стимул, чем S. Если бы белый цвет объяснялся равенством возбуждений, у диска не наблюдалось бы потемнения и покраснения к лимбу, где оптическая толща фотосферы иная. Скорее тут работает хроматическая адаптация и цветовая константность: мозг нормирует сигнал по текущему опорному «белому», поэтому сдвиг спектра не осознаётся как цветовой тон. Откуда тогда в статье взялась формулировка «каждого цвета примерно одинаковое количество» - это упрощение для популяризации или прямая цитата Малыхина?

  2. Вот эта мысль про максимум на кривой - что это всего одна точка, а не весь спектр, - реально всё расставляет по местам 🙂 у нас с приятелем был точно такой спор: он тыкал в график и говорил «смотри, пик же в зелёной зоне», а про то, что глаз видит сумму всего диапазона, как-то не задумывался

  3. Снимок Солнца в видимом свете

  4. Спор о цвете Солнца - он вообще не про Солнце, а про то, как устроен наш глаз: будь у нас другой набор колбочек, «белое» спокойно стало бы зелёным и никакой правки в физике для этого не потребовалось бы