Warum kann ich die blaue Farbe nicht sehen, die von der unteren Atmosphäre der Erde gestreut wird?

Wenn ich dich richtig verstehe, beziehst du dich auf das Phänomen, das in diesem Bild (aus dem ersten Google-Treffer ) zu sehen ist, dass die Farbe des Himmels in der Nähe des Horizonts eher hellblau (nicht genau weiß) ist:

Die Streuung in der Atmosphäre ist zu einem großen Teil Rayleigh-Streuung an Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen, die viel kleiner als die Wellenlänge sind$\lambda$des Lichts, und das eine Vorliebe für Vorwärts- und Rückwärtsstreuung hat. Wenn die Sonne mehr oder weniger über Ihnen steht, liegt der Horizont ungefähr bei 90º, das ist die Richtung, in der Streuung am wenigsten wahrscheinlich ist.

Die Rayleigh-Streuung hat eine enorme Wellenlängenabhängigkeit von$\sim 1/\lambda^4$, was bedeutet, dass blaues Licht viel effizienter gestreut wird als rotes Licht. Dies ist in erster Linie der Grund für den blauen Himmel und der Grund für die rote Sonne bei Sonnenuntergang.

In Bodennähe jedoch – das sieht man, wenn man auf den Horizont blickt – hat man mehr Wassertröpfchen, die eine Größe in der Größenordnung der Wellenlänge haben. In diesem Fall ist die Streuung keine Rayleigh-Streuung, sondern die allgemeinere Lösung der Mie-Streuung , die nicht stark wellenlängenabhängig ist. Dadurch werden alle Farben mehr oder weniger gleichmäßig gestreut und erzeugen einen weißlichen Glanz.

(Meine erste Antwort war nicht gut und berücksichtigte nicht die Mie-Streuung. Es tut mir leid.)

Das liegt daran, dass Sie nicht weit genug suchen . Aus persönlicher Erfahrung braucht es mindestens 10 km Atmosphäre, um ein wirklich offensichtliches Blau aufzubauen (siehe zum Beispiel dieses Bild ), und wenn Sie sich nicht in hügeligem Land befinden, ist der Horizont nur 5 km entfernt. Im Gegensatz dazu hat der größte Teil des Himmels Entfernungen zum Weltraum in der Größenordnung von Hunderten von Kilometern.

Zwei Gründe:

Die Streuung trennt Rot/Orange und Blau in verschiedene Richtungen. Bei Sonnenuntergang sehen Sie die roten Teile, die tagsüber im blauen Himmel fehlen. Dies ist für Objekte in der Nähe nicht wahrnehmbar, da diese Objekte Sie umgeben. Das Blau einiger Objekte vermischt sich mit dem Rot anderer.

Zweitens ist viel Luft zwischen Ihnen und der Sonne. Die Atmosphäre ist Kilometer dick. Im Vergleich dazu sind nur wenige Meter Luft in Ihrer Nähe. Da jedes Luftmolekül eine kleine Chance hat, das Licht zu streuen, braucht man viele Moleküle, bevor man eine signifikante Streuung bemerkt.

Betrachtet man tatsächlich (atmosphärisch) gestreutes Licht, so erkennt man, dass selbst in Bodennähe ein deutlicher Blaustich vorhanden ist. Wie siehst du das, fragst du? Jeder alte Schatten reicht aus – finden Sie ein Gebäude, das einen schönen großen Schatten wirft, machen Sie ein Foto mit einer anständigen Kamera und analysieren Sie es gründlich – Sie werden feststellen, dass es tatsächlich einen blauen Farbton gibt, wie erwartet.

Warum ist das so schwer zu erkennen und warum sieht nicht alles deutlich blau aus? Hier spielen viele Dinge eine Rolle:

• Der Himmel ist vor einem schwarzen Hintergrund. Da fast das gesamte Licht, das vom Himmel kommt, blau gestreut ist, ist der Himmel deutlich blau – es gibt überhaupt keine andere Farbe. Wolken sind eine weitere Art der Lichtstreuung, und sie enden ziemlich weiß – das liegt nur daran, dass es keine bevorzugte Streuung verschiedener Wellenlängen des sichtbaren Lichts gibt, anders als bei der Rayleigh-Streuung. Das ist es, was die scheinbare Gelbfärbung der Sonne verursacht – obwohl wir die Sonne einen gelben Stern nennen, spielt das nur im Vergleich mit anderen Sternen eine Rolle; für das irdische Leben ist es per definitionem sehr weiß - wie Sie sehen können, wenn das Licht wieder auf Bodenhöhe zusammenkommt; Mittags gibt es kaum einen Farbton.
• Es gibt andere Formen der Streuung in Bodennähe. Zum einen gibt es normalerweise viel Feuchtigkeit - und Wassertropfen verursachen Mie-Streuung, ähnlich wie die Wolken. Zweitens gibt es den Boden selbst - er bewirkt eine diffuse Beleuchtung von allem mit der Farbe des einfallenden Lichts (das das direkte (gelbliche) Sonnenlicht sowie den größten Teil des gestreuten blauen Himmelslichts umfasst). Wenn Sie mittags eine weiße Kiste in direktem Licht auf den Boden stellen, wird sie weiß sein – das ist im Grunde die Bedeutung von Licht, das ist es, was wir durch die natürliche Evolution des Sehens erreicht haben.
• Die menschliche Wahrnehmung ist sehr verzerrt. Das ist meistens auch gut so – zum Beispiel für die Helligkeitskorrektur (damit man mittags genauso gut sieht wie nachmittags, bei direktem Licht genauso wie im Schatten). Das Wichtigste hier ist die Weißabgleichskorrektur - im Grunde passt sich das menschliche Auge automatisch an die unterschiedliche Farbe des Umgebungslichts an und korrigiert die Eingaben, um das "Weiß" zu erhalten. Der einfachste Weg, dies zu sehen, ist, wenn Sie eine Kamera mit konfigurierbarem Weißabgleich haben – schalten Sie sie einfach vollständig aus. Vergleichen Sie nun Fotos von außen mit Fotos von beleuchteten Innenbereichen - Sie werden sehen, dass alles etwas getönt ist; direktes Licht von außen ist am Mittag sehr weiß, während Schatten bläulich sind,

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie die menschliche Wahrnehmung der Fotografie Schwierigkeiten bereitet, werfen Sie einen Blick auf die Fotografie SE. Kameras versuchen, die menschliche Wahrnehmung nachzuahmen, anstatt Ihnen einfach rohe Lichtdaten zu liefern - wenn sie dabei scheitern, erhalten Sie eine Menge lustiger Effekte (erinnern Sie sich an das gold/blaue Kleiderfoto von vor nicht allzu langer Zeit? Das war auch ein Problem mit Weiß Ausgleich).