Himlen hoppar inte över det gröna frekvensområdet. Himlen är grön. Ta bort det spridda ljuset från solen och månen och till och med stjärnljuset, om du så önskar, och du kommer att ha kvar något som heter airglow (kolla in länken, det är fantastiskt, fantastiska bilder och trevlig förklaring).

Eftersom länken gör ett så bra jobb med att förklara airglow, hoppar jag över den snygga gritty.

Så du kanske tänker, "Jim, din halvgalen takfläkt, alla vet att natthimlen är svart! " Du har bara halv rätt. Natthimlen är inte svart. Länken ovan förklarar vetenskapen om det, men om det inte är tillräckligt bra, försök komma ihåg tillbaka till en tid då du kanske varit ute på landsbygden. Inga ljusa stadsljus, bara natthimlen och träd. Nu när du tittar på horisonten, kan du se träden? Ja, de är svarta silhuetter mot natthimlen. Men hur kunde du se svart mot svart? Natthimlen är inte svart. Det är grönt tack vare luftglöd (eller, om du är nära en stad, orange tack vare ljusföroreningar).

Sluta, det är bildtid. Här är en ovanför atmosfärens utsikt över natthimlen från Wikipedia:

Och en från länken som jag postade, bara om du inte kolla in det:

Se, var inte orolig för grönt. Himlen blir hela tiden grön.

Observera: Vad vi uppfattar som färg är lite av ett knepigt ämne. Det här är en annan fråga, som har ställts och besvarats flera gånger på den här webbplatsen. Enligt det typiska mänskliga ögonsvaret är solljus på toppen av atmosfären ungefär lika "vitt" som "vitt" kan vara.

En del av det inkommande solljuset reflekteras tillbaka i rymden, en del absorberas av atmosfär, och en del är spridda av atmosfären. Det finns två huvudtyper av spridning: Rayleigh-spridning, vilken selektiv sprider högfrekvent ljus (violett och blått) mycket mer än lågfrekvent ljus (rött) och Mie-spridning, som sprider ljus mer eller mindre jämnt över spektrumet. Rayleigh-spridning är ett klar himmelfenomen. Miespridning blir när små vattendroppar hänger i luften (t.ex. moln).

Himlen är blå vid middagstid en klar dag på grund av Rayleigh-spridning. Atmosfären bryter selektivt den violetta / blåa änden av spektrumet. Efter att ha genomgått ett stort antal sådana brytningar kommer en del av det bryta ljuset ner på marken. Resultatet: En blå himmel. Observera att vi skulle se en vit sol mot en svart bakgrund om denna brytning inte inträffade. Detta är vad astronauter och kosmonauter ser i rymden.

Vid soluppgång och solnedgång är de violetta, blåa och gröna delarna av det inkommande solljuset nästan borta. Resultatet: Vi ser en ganska rödaktig sol. Vi ser fortfarande en övervägande blå himmel även vid soluppgång och solnedgång. Det är bara vid horisonten där vi ser en rödfärgad himmel. Rayleigh-spridning påverkar också rött ljus, bara inte lika starkt. Den röda himlen är delvis ett resultat av att Rayleigh sprids. Ljuset med hög våglängd har spridits bort. Det röda ljuset, i mycket mindre utsträckning. Det rödaktiga solljuset som kommer igenom hundratals kilometer soluppgång / solnedgångshimn sprids så småningom också, så vi ser det rödaktiga ljuset som en rödaktig himmel. En lätt grumlig ger ännu bättre soluppgångar och solnedgångar för nu kan Miespridning också uppstå. Miespridning kan sprida det inkommande rödaktiga solljuset över en bra del av horisonthimlen.

När det gäller grönt kan du se en grönaktig himmel vid soluppgång / solnedgång. Det finns ofta ett smalt band mellan den blå himlen bort från horisonten och den röda himlen vid horisonten där himlen verkar grönaktig.

Ovanstående är ett fenomen med klar himmel och det är bara ett smalt band av himlen som verkar grönt. En sällsynt händelse kan inträffa där hela himlen verkar grön. Detta kallas ett grönt åskväder. Detta händer när en åskväder inträffar precis vid rätt tidpunkt på dagen, med precis rätt molnhöjd och precis rätt belysning. Detta kan göra att hela himlen snarare än bara ett tunt band verkar vara grågrönt och ibland väldigt grönt.

Uppdatering: Grön blixt

Här är en bild av en grön blixt:

Gröna blixtar är en mirage. De är verkliga effekter; de är inte en optisk illusion.

Det skiljer mellan en hägring och en optisk illusion. När du kör en svart asfaltväg en klar, varm sommardag har du kanske sett att vägen framåt verkar vara täckt av skimrande vatten. Det är en kombination av en mirage (en verklig effekt) och en optisk illusion (din hjärna tolkar fel vad du ser). Den verkliga effekten är att atmosfärisk brytning leder till att du ser en reflektion av luften på vägen. Reflektionen är allt annat än jämn. Vägen är varm, så varm att du kanske kan steka ett ägg på den, och detta resulterar i atmosfäriska störningar strax ovanför asfalten. Resultatet är att reflektionen är ganska ojämn och förändras över tiden. Detta gör att reflektionen verkar skimra. Reflektionen och det skimrande: Dessa är verkliga effekter. Du kan fotografera dem, du kan förklara dem med fysik. Den optiska illusionen är att din hjärna tolkar dessa verkliga effekter felaktigt som skimrande vatten.

Gröna blixtar ses bäst där solen stiger eller sätter sig över havet, av ett antal skäl. En är horisontens planhet. Du måste kunna "se" solen innan den har stigit / efter att den har gått ned. En annan är den höga värmeledningsförmågan hos vatten i förhållande till land. Detta hjälper till att skapa lokala termiska variationer nära ytan (liknande den svarta asfalten som beskrivs ovan).

En form av grön blixt uppstår när havsytan är varmare än luften ovan. Detta resulterar i en underläge-mirage-blixt som varar ungefär en sekund. Det inträffar bara ett ögonblick efter att Solens topp tycks ha glidit under horisonten vid solnedgången eller bara ett ögonblick innan Solens topp visas vid soluppgången.

En annan form av grön blixt inträffar när havsytan är kallare än luften ovan. Detta resulterar i en mock-mirage flash än varar ungefär en sekund. Dessa inträffar precis ett ögonblick innan solens topp tycks glida under horisonten vid solnedgången eller bara ett ögonblick efter att solens topp dyker upp vid soluppgången.

En tredje form inträffar när det finns en stark inversion av atmosfärstemperatur ovanför observatören. Detta resulterar i en underledsblixt, där en ibland betydande del av solen verkar klämma av den nedgående / stigande solen och bli grön. Denna form varar betydligt längre än de två första formerna.

Ett antal fotografier har tagits av alla tre ovanstående former. Det finns en sista form av grön blixt, den mycket sällsynta och mycket kortlivade gröna strålen som verkar utgå från toppen av en grön blixt. Ett antal ansedda observatörer har rapporterat detta fenomen, så tydligen är det verkligt. Ingen ansedd observatör har dock ännu fångat detta fenomen på ett fotografi.

Det accepterade airglow-svaret kan vara tekniskt sant, men det svarar inte på frågan! Förekomsten av ytterligare en mycket svag källa till grönt ljus i atmosfären förklarar inte frånvaron av grönt ljus i solnedgångens himmelgradient.

Jag var inte nöjd med andra svar heller. Det enda tillfredsställande svaret jag kunde hitta är den här. Nedan förklarar jag det med mina egna ord och lägger till mina egna detaljer. Behandla detta svar som en personlig åsikt och inte som en källa till sanning.

Så det finns två huvudfaktorer som bidrar till den blå färgen för himlen vid dagen och rött vid solnedgången.

Den första är Rayleigh-spridning. Solljuset innehåller alla färger, men de sprids i olika mängder:

Blå är den första som sprids, så himlen är normalt blå.

Den andra faktorn är att atmosfärens tjocklek är ojämn mätt från en punkt på marken till zeniten och från samma punkt på marken till horisonten:

Ju närmare solen kommer till horisonten, desto längre väg tar ljuset genom atmosfärens tjocklek. Ju längre väg, desto fler andra färger sprids.

Men ju längre en färg är från blått i spektrumet, desto mer tenderar det att följa en rak väg genom atmosfärens tjocklek. Rött är det tuffaste: även när det sprids sprids det i små vinklar. Således kan du bara se rött runt solen eftersom det är där vinklarna är minsta.

Men varje färg sprids i sin egen vinkel, inte bara blå och röd. Det betyder att vi ska se en regnbågsliknande lutning på solnedgångshimlen, men det gör vi inte. Varför?

Frågan är att det gröna alltid finns där, men det är det aldrig ensamt. Det blandas alltid antingen med rött (bildar gult) eller blått (bildar turkos).

Således är solnedgångsgradienten följande: R-RG-GB-B, det vill säga röd-gul-turkosblå. Och det är verkligen den lutning vi ser på himlen. Kvällshimmelens blå färg är inte rent blå, den är turkos.

Men våra ögon och hjärnor utför färgkorrigering och identifierar den fortfarande som blå. Vi har ingen färgreferens när vi tittar på himlen. Om du hade ett rent blått färgobjekt i handen och jämfört färgen med färgen på den blå himlen nära den gula delen, kommer du att märka att himlen inte är blå utan snarare turkos (eller till och med akvamarin, se bilder nedan) .

Men varför är grön en smutsig (blandad) färg och rött och blått är rena färger i den lutningen? Det är ologiskt. De borde då vara alla blandade?

Tja, svaret är att rött och blått är i ändarna på lutningen och att de inte har något att blanda med. Här är grafen över färger mot intensitet i solspektrumet:

Om solens spektrum var bredare (med stora mängder ultraviolett på blå sida och infraröd på den röda sidan) och våra ögon kunde registrera de extra färgerna, solnedgångsgradienten skulle vara så här:

I-IR-RG-GB-BU-U, det vill säga
infraröd - infraröd-röd - gul - turkos - blå-ultraviolett - ultraviolett.

Ser du? Den här imaginära himlen har ingen ren röd och ingen ren blå.

Observera att även den röda färgen på solnedgångshimlen inte är tekniskt ren röd. Den innehåller fortfarande några blå och gröna och alla andra mellanfärger. Det är bara frågan om vilka färger som dominerar.

Och slutligen, ibland ser du faktiskt den gröna (akvamarin) färgen i solnedgångens lutning:

Den handvinkande förklaringen i din fråga heter Rayleigh-spridning

Rayleigh-spridning är resultatet av partiklarnas elektriska polariserbarhet. Det svängande elektriska fältet i en ljusvåg verkar på laddningarna i en partikel och får dem att röra sig med samma frekvens. Partikeln blir därför en liten strålningsdipol vars strålning vi ser som spriddt ljus.

Frågan blir då varför inte se himlen som grön snarare än blå

Rayleigh-spridning är omvänt proportionell mot den fjärde våglängdskraften, så att kortare våglängd violett och blått ljus sprids mer än de längre våglängderna (gult och särskilt rött ljus). Solen har emellertid, precis som vilken stjärna som helst, sitt eget spektrum och därför är I0 i spridningsformeln ovan inte konstant utan faller bort i den violetta. Dessutom absorberar syret i jordens atmosfär våglängder vid kanten av spektrumets ultravioletta område. Den resulterande färgen, som verkar som en ljusblå, är faktiskt en blandning av alla de spridda färgerna, främst blått och grönt. Omvänt, blickar mot solen, färgerna som inte sprids bort - ju längre våglängder som rött och gult ljus - är direkt synliga, vilket ger solen en lite gulaktig nyans. Sett från rymden är dock himlen svart och solen vit.

Kursiv min. Här kommer färguppfattning från näthinnans fysiologi in, och det är inte en fysikfråga längre, utan en fråga om hur kottarna i näthinnan tolkar de impingande spektralfrekvenserna.

Solens rodnad intensifieras när solen är nära horisonten, eftersom luftvolymen genom vilken solljus måste passera är betydligt större än när solen står högt på himlen. Rayleigh-spridningseffekten ökas således och tar bort nästan allt blått ljus från den direkta vägen till observatören. Det återstående oskärmade ljuset har mestadels en längre våglängd och verkar därför vara orange. när alla färger är blandade) och det är en fråga om uppfattning.

Den gröna blixten kan också förklaras med spridning och skillnaden i våglängderna mellan blått och grönt. Här är en länk med foton inkluderade. Jag misstänker att ögonets fysiologi också spelar en roll i uppfattningen.

Det är intressant att blixtarna inte alltid är gröna, här är en intressant analys av denna brytningsprocess .

Jag rullade igenom svaren och förväntade mig att hitta minst ett med ett kromatisk diagram, men det finns inga, så jag skriver mitt eget.

Kort svar: det stämmer helt enkelt inte att färger är ordnade i en linje och att man måste gå igenom grönt för att komma från blått till orange. Det gäller inte psykologiska färger, inte heller fysiska färger (elektromagnetiska vågor).

Här är ett CIE xy-kromatiseringsdiagram med ungefärlig plats för himmelsblå och "himmelorange" inringade.

(Jag gjorde det genom att hitta några bilder av himlen online som såg realistiska ut, använda ett pipettverktyg på dem, konvertera sRGB-färgerna till CIE xy och sedan placera cirklarna för hand. Jag har normal färgsyn och använde en IPS-skärm med exakt sRGB-färg, men ändå bör cirklarna betraktas som mycket ungefärliga.)

CIE xy-koordinater är rationella linjära funktioner i det fysiska spektrumet, vilket innebär att linjär interpolering mellan två fysiska spektra bara ger dig de perceptuella färgerna som ligger på det raka linjens segment mellan dessa färger på xy-diagrammet. Om vi ​​antar att övergången från middag till skymning är ungefär linjär, förväntar vi oss att mellanfärgerna ligger i det rosa området, på motsatt sida av vitpunkten från grönt. En liten avvikelse från linjäritet kan ge en ljusgrön, men det krävs en stor icke-linjäritet för att få en mycket mättad grön.

Du kan också förstå detta genom att tänka på spektrat direkt. Spektrumet av himmelblå har (jämfört med neutralt vitt) mer ljus vid höga frekvenser, mindre vid låga frekvenser och en mellanliggande mängd vid mellanfrekvenser. Spektrumet av himmelorange är ungefär det motsatta av det. Det finns inte många processer i naturen som ändrar ljusfrekvensen, och ingen av dem är inblandade i att bestämma himmelens färg, så när du modellerar den smidiga övergången från en av dessa spektra till den andra, bör du modellera den som verkande oberoende på varje frekvens. När man går från blått till orange, börjar de höga frekvenserna ljusa, blir svaga och däremellan emellan. De låga frekvenserna är tvärtom. De mellersta frekvenserna börjar med medelintensitet, slutar med medelintensitet och är troligen med medelintensitet emellan. Således är mittpunkten mellan toppen vid violett och toppen vid rött inte en topp vid green; det är snarare ett mer eller mindre platt spektrum. Det kan ha tillräckligt med en topp i mitten för att framstå som blekgrönt eller tillräckligt med ett tråg för att se ut som rosa, men det finns ingen anledning att förvänta sig en ljusgrön (eller ljus magenta).

Det enda sättet du på ett troligt sätt kan få en ljus perseptuell grön i atmosfären är genom frekvensberoende diffraktion, samma fenomen som ger dig regnbågar. Det är detta som orsakar gröna blixtar, som du kan se i Andrew Youngs underbara simuleringar, särskilt den här.

Det finns ett fysiskt fenomen där en smidig övergång från ljusblå till ljusorange genomgår ljusa mellanliggande regnbågsfärger, och det är Doppler-förskjutning. Men en dopplerförskjutning av den storleken kräver relativa hastigheter som är en betydande bråkdel av ljusets hastighet. Det är inte vad som händer i atmosfären.

Solen är tekniskt grön eftersom toppen av dess svarta kropp -spektrum är nära gröna våglängder. När ljus sprids parallellt med infallsplanet (dvs. under dagtid) är det blåskiftat. När ljus sprids vinkelrätt mot infallets plan (dvs solnedgång eller soluppgång) är det rödförskjutet. Ljuset som inte sprids men gör det effektivt rakt igenom är inte förskjutet i våglängd. En av mina astronomiprofessorer förklarade att anledningen till att solen verkar gul för oss (och inte grön) till stor del beror på våra ögons svar. Oavsett, när solljus sprids tenderar det att flytta bort från grönt eftersom det mesta redan är grönt.

(rolig sidoanteckning: växter brukade vara röda och absorberade därmed mer grönt ljus ... även om jag glömde det nu varför de utvecklades till att vara gröna och nu reflekterar mest solljus)

Bilden 1 visar solspektret med den synliga ljusdelen i färg. Bilden finns här.