Så hvorfor er himmelen blå?
Hvorfor er himmelen blå? Det er vanskelig å finne svar på et så enkelt spørsmål. Mange forskere tråkket hjernen på jakt etter et svar. Den beste løsningen på problemet ble foreslått for rundt 100 år siden av en engelsk fysiker Lord John Rayleigh.
Solen sender ut blendende rent hvitt lys. Dette betyr at fargen på himmelen skal være den samme, men den er fortsatt blå. Hva skjer med hvitt lys i jordens atmosfære?
Hvitt lys er en blanding av fargede stråler. Ved hjelp av et prisme kan vi lage en regnbue.
Prismet deler den hvite strålen i fargede striper:
■rød
■oransje
■ Gul
■ Grønn
■ Blått
■ Blått
■ Lilla
Ved å kombinere sammen danner disse strålene igjen hvitt lys. Det kan antas at sollys først deles i fargede komponenter. Så skjer det noe, og bare blå stråler når jordens overflate.
Så hvorfor er himmelen blå?
Det er flere mulige forklaringer. Luften rundt jorden er en blanding av gasser: nitrogen, oksygen, argon og andre. Det er også vanndamp og iskrystaller i atmosfæren. Støv og andre små partikler er suspendert i luften. I de øvre lagene av atmosfæren er det et lag med ozon. Kan dette være årsaken? Noen forskere mente at ozon- og vannmolekyler absorberer røde stråler og overfører blå. Men det viste seg at det rett og slett ikke var nok ozon og vann i atmosfæren til å farge himmelen blå.
I 1869, en engelskmann John Tindall antydet at støv og andre partikler sprer lys. Blått lys spres minst og passerer gjennom lag av slike partikler for å nå jordoverflaten. I laboratoriet sitt skapte han en modell av smog og belyste den med en knallhvit stråle. Smogen ble dyp blå. Tindall bestemte at hvis luften var helt klar, ville ingenting spre lyset, og vi kunne beundre den knallhvite himmelen. Lord Rayleigh støttet også denne ideen, men ikke lenge. I 1899 publiserte han sin forklaring:
Det er luft, ikke støv eller røyk, som farger himmelen blå.
Hovedteorien om den blå fargen på himmelen
Noen av solstrålene passerer mellom gassmolekyler uten å kollidere med dem og når jordoverflaten uendret. Den andre, større delen absorberes av gassmolekyler. Når fotoner absorberes, blir molekyler opphisset, det vil si at de lades med energi, og sender den ut i form av fotoner. Disse sekundære fotonene har forskjellige bølgelengder og kan ha en hvilken som helst farge fra rød til fiolett. De sprer seg i alle retninger: mot jorden, og mot solen, og til sidene. Lord Rayleigh foreslo at fargen på den utsendte strålen avhenger av overvekten av kvanter av en eller annen farge i strålen. Når et gassmolekyl kolliderer med fotoner av solstråler, er det åtte blå kvanter per sekundær rød kvante.
Hva er resultatet? Intens blått lys strømmer bokstavelig talt ned over oss fra alle retninger fra milliarder av gassmolekyler i atmosfæren. Dette lyset har fotoner av andre farger blandet inn, så det er ikke rent blått.
Hvorfor er solnedgangen rød?
Men himmelen er ikke alltid blå. Spørsmålet oppstår naturlig: hvis vi ser blå himmel hele dagen, hvorfor er solnedgangen rød? Rød farge er minst spredt av gassmolekyler. Under solnedgang nærmer solen seg horisonten og solstrålen rettes mot jordoverflaten ikke vertikalt, som om dagen, men i en vinkel.
Derfor er veien den tar gjennom atmosfæren mye lengre enn den den tar om dagen når solen står høyt. På grunn av dette blir det blå-blå spekteret absorbert i et tykt lag av atmosfæren, og når ikke jorden. Og lengre lysbølger av det rød-gule spekteret når jordoverflaten, og farger himmelen og skyene i de røde og gule fargene som er karakteristiske for solnedgang.
Vitenskapelig forklaring
Ovenfor ga vi svaret på et relativt enkelt språk. Nedenfor vil vi sitere begrunnelsen ved å bruke vitenskapelige termer og formler.
Utdrag fra Wiki:
Grunnen til at himmelen ser blå ut er fordi luften sprer kortbølgelengdelys mer enn langbølgelengdelys. Intensiteten til Rayleigh-spredning, forårsaket av fluktuasjoner i antall molekyler av luftgasser i volumer i forhold til bølgelengdene til lys, er proporsjonal med 1/λ 4, λ er bølgelengden, dvs. den fiolette delen av det synlige spekteret er spredt ca. 16 ganger mer intenst enn den røde. Fordi blått lys har en kortere bølgelengde, på slutten av det synlige spekteret, er det spredt mer ut i atmosfæren enn rødt lys. På grunn av dette har himmelområdet utenfor solens retning en blå farge (men ikke fiolett, siden solspekteret er ujevnt og intensiteten av fiolett farge i det er mindre, og også på grunn av den lavere følsomheten av øyet for fiolett farge og større følsomhet for blått, som irriterer ikke bare de som er følsomme for blå fargekjegler i netthinnen, men også følsomme for røde og grønne stråler).
Under solnedgang og daggry beveger lyset seg tangentielt til jordoverflaten, slik at banen som lyset i atmosfæren reiser blir mye lengre enn om dagen. På grunn av dette blir det meste av det blå og jevne grønne lyset spredt fra direkte sollys, så det direkte lyset fra solen, samt skyene den lyser opp og himmelen nær horisonten, er farget rødt.
Sannsynligvis, med en annen sammensetning av atmosfæren, for eksempel på andre planeter, kan fargen på himmelen, inkludert ved solnedgang, være annerledes. For eksempel er fargen på himmelen på Mars rødlig rosa.
Spredning og absorpsjon er hovedårsakene til svekkelsen av lysintensiteten i atmosfæren. Spredning varierer som en funksjon av forholdet mellom diameteren til spredningspartikkelen og bølgelengden til lyset. Når dette forholdet er mindre enn 1/10, oppstår Rayleigh-spredning, hvor spredningskoeffisienten er proporsjonal med 1/λ 4 . Ved større verdier av forholdet mellom størrelsen på spredningspartiklene og bølgelengden, endres spredningsloven i henhold til Gustave Mie-ligningen; når dette forholdet er større enn 10, brukes lovene for geometrisk optikk med tilstrekkelig nøyaktighet for praksis.