لماذا السماء زرقاء من الأسئلة الشائعة. الإجابة المختصرة عن هذا السؤال هي: بسبب الغلاف الجوي للأرض وضوء الشمس. إذا لم يكن للأرض غلاف جوي ، فستكون السماء سوداء أثناء النهار كما هي في الليل.
السماء زرقاء لهذا اليوم وسوداء لليالي. وما يميز النهار عن الليل هو نور الشمس الغائب في الليل ، لأننا حينئذ على الجزء الذي يبتعد عن الشمس من الأرض. هذا يعطينا بالفعل أول تلميح لما نتحدث عنه – يؤثر ضوء الشمس على لون السماء.
ضوء الشمس والألوان
الشمس بيضاء وكذلك أشعة الشمس التي يجب أن تنتقل منا إلى الشمس بقدر (حوالي) 150 مليون كيلومتر. قد يكون القول إن الشمس بيضاء مضللة بعض الشيء لأن الأبيض ليس لونًا حقًا ، مما يعني أنه ليس لونًا واحدًا فقط. يتكون من العديد من الألوان (أكثر احترافًا يمكن أن يقال على هذا النحو: الأبيض هو لون متعدد الألوان ، يتكون من مجموعة مستمرة من الألوان). هذا ما يعنيه حقًا.
يمكن فصل أشعة الضوء البيضاء إلى طيف جميل من الألوان الملونة باستخدام جهاز يشبه المنشور. هذه ظاهرة طويلة المدى يتحول فيها ضوء الشمس البياض إلى طيف ملون من الألوان من خلال قطرات المطر.
يمكننا أيضًا أن ننظر إلى الضوء على أنه موجة ، ولكي نفهم لماذا السماء زرقاء ، يجب أن نفعل ذلك. لذلك ، بشكل عام ، الضوء عبارة عن موجة (بشكل أكثر رسمية: الإشعاع الكهرومغناطيسي) بطول معين (أو تردد).
موجات الضوء المرئي (هذا ما يمكن لأعيننا اكتشافه وتحويل دماغنا إلى صورة) أطوال موجية من 400 إلى 700 نانومتر تقريبًا ، وفي هذا السياق ، يكون اللون مجرد أطوال موجية معينة. على سبيل المثال ، يبلغ الطول الموجي للضوء الأحمر ما يقرب من 625 إلى 740 نانومتر ، ويبلغ الطول الموجي للضوء الأخضر من 500 إلى 565 نانومتر ، والأزرق بطول موجة من 380 إلى 440 نانومتر ، ويبلغ الطول الموجي البنفسجي 380 إلى 440 نانومتر.
بالنسبة للسؤال الذي نجيب عليه هنا ، من المهم أن نتذكر ما يلي:
- الضوء الأزرق والبنفسجي لهما أدنى طول موجي للألوان المرئية الأخرى للضوء ،
- تمر الشمس في الفضاء الفارغ في طريقها إلى أعيننا حتى تصل إلى الغلاف الجوي للأرض. وكلما مررت بها ، تحدث أشياء مثيرة للاهتمام في نهاية المطاف تحولت السماء إلى اللون الأزرق.
الغلاف الجوي للأرض
ما هو الغلاف الجوي للأرض بشكل عام؟ هذا هو غطاء الأرض ، ويتكون من غازات مختلفة (وهو موجود لأن جاذبية الأرض قوية بما يكفي “لربطها” بنفسها). نعلم جميعًا أن أحد هذه الغازات هو الأكسجين ، والذي يحتاجه الناس للعيش.
لكن فوجئ الكثيرون عندما علموا أن معظمه يذهب إلى النيتروجين. تبلغ نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي حوالي 21٪ ، والنيتروجين تصل إلى 78٪. تفاعل ضوء الشمس مع جزيئات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي يجعل سمائنا زرقاء.
تشتت أشعة الشمس في الغلاف الجوي
عندما تدخل أشعة الشمس الغلاف الجوي ، تمر دون عوائق عبر المجال الجوي ، فإنها تبدأ في “الاصطدام” بجزيئات النيتروجين والأكسجين. هناك ظاهرة نسميها تشتت أو تشتت رايلي (حسب اللورد رايلي الذي وصف هذه الظاهرة عام 1871). يحدث هذا التشتت عندما يكون حجم الجسيم الذي يتشتت عليه الضوء أصغر من الطول الموجي لذلك الضوء (وهذا صحيح بالنسبة لجزيئات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي ، والتي تكون أصغر بكثير من الطول الموجي لضوء الشمس المرئي).
المهم في تشتت رايلي هو أنه يعتمد على الطول الموجي أو لون الضوء: الضوء ذو الطول الموجي القصير يتشتت أكثر ، ويشتت الضوء ذو الطول الموجي الطويل على الأقل (إذا ، بالصدفة ، إلى القوة الرابعة من الطول الموجي). على سبيل المثال ، يتشتت الضوء الأزرق النموذجي بفعالية أكبر بخمس مرات من الضوء الأحمر.
مع مرور أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي ، تتشتت أشعة الشمس أكثر من غيرها ، تليها الأشعة الزرقاء. يمكن اعتبار ذلك على أنه اللونان الأرجواني والأزرق “يهربان” من ضوء الشمس الأبيض ويعيدان الترتيب ، أي ، ينتشران في جميع أنحاء السماء ويصلان أخيرًا إلى العينين ، مما يخلق صورة ملونة للسماء. ومع ذلك ، إذا كان اللون الأرجواني أكثر انتشارًا من الأزرق ، فلماذا إذن السماء ليست أرجوانية بل مزرقة؟
هناك سببان لهذا. بادئ ذي بدء ، نلاحظ أن هناك عددًا أقل من الألوان البنفسجية في الطيف الشمسي مقارنة بالألوان الزرقاء. ثانيًا ، عيون الإنسان أكثر حساسية للأزرق من البنفسجي. هذا هو السبب في أن السماء تظهر لنا باللون الأزرق. وإذا لم يكن هناك غلاف جوي ، فسيكون أسود ، لأنه لن يكون هناك جزيئات لتشتت ضوء الشمس عبر السماء.
لماذا السماء حمراء عند شروق الشمس وغروبها؟
عند شروق الشمس وغروبها ، يجب أن يسافر ضوء الشمس مسافة أطول عبر الغلاف الجوي مقارنةً بوقت ارتفاع الشمس في السماء للوصول إلى أعيننا. في هذه الحالة ، ينتشر الإشعاع البنفسجي والأزرق عدة مرات في اتجاهات عشوائية ولا يصل في النهاية إلى أعيننا. وإذا كان هناك الكثير من جزيئات الغبار والضباب الدخاني في تلك الطبقة من الغلاف الجوي ، فإن تناثرها سيسهم في زيادة احمرارها ، مما يخلق غروبًا جميلًا لغروب الشمس.
