Dlaczego niebo jest niebieskie to jedno z najczęściej zadawanych pytań. Krótka odpowiedź na to pytanie brzmi: z powodu ziemskiej atmosfery i światła słonecznego. Gdyby Ziemia nie miała atmosfery, niebo w dzień byłoby tak samo czarne, jak w nocy.
Dziś niebo jest niebieskie, a noce czarne. Tym, co odróżnia dzień od nocy, jest brak światła słonecznego w nocy, ponieważ znajdujemy się wtedy po tej części Ziemi, która jest odwrócona od słońca. To już daje nam pierwszą wskazówkę, o czym mówimy – światło słoneczne wpływa na kolor nieba.
Światło słoneczne i kolory
Słońce jest białe, podobnie jak promienie słoneczne, które muszą podróżować od nas do Słońca aż (w przybliżeniu) 150 milionów kilometrów. Mówienie, że Słońce jest białe, może być trochę mylące, ponieważ tak naprawdę nie jest to kolor, co oznacza, że nie jest tylko jednym kolorem. Składa się z wielu kolorów (bardziej profesjonalnie można powiedzieć tak: biały to kolor polichromatyczny, składający się z ciągłej gamy kolorów). Oto, co to naprawdę oznacza.
Białe promienie światła można rozdzielić na piękne spektrum barwnych barw za pomocą urządzenia przypominającego pryzmat. Jest to zjawisko długotrwałe, w którym białawe światło słoneczne rozbija się przez krople deszczu na barwne spektrum kolorów.
Możemy również postrzegać światło jako falę i aby zrozumieć, dlaczego niebo jest niebieskie, musimy to zrobić. Tak więc, ogólnie rzecz biorąc, światło jest falą (bardziej formalnie: promieniowaniem elektromagnetycznym) o określonej długości (lub częstotliwości).
Fale światła widzialnego (to jest to, co nasze oko może wykryć i zamienić nasz mózg w obraz) mają długość fali od około 400 do 700 nanometrów, aw tym kontekście kolor to tylko pewne długości fal. Na przykład światło czerwone ma długość fali od około 625 do 740 nanometrów, światło zielone ma długość fali od 500 do 565 nanometrów, niebieskie ma długość fali od 380 do 440 nanometrów, a fioletowe ma długość fali od 380 do 440 nanometrów.
Jeśli chodzi o pytanie, na które tutaj odpowiadamy, ważne jest, aby pamiętać o następujących kwestiach:
- Światło niebieskie i fioletowe ma najniższą długość fali spośród innych widocznych kolorów światła,
- Słońce przechodzi przez pustą przestrzeń w drodze do naszych oczu, aż dotrze do ziemskiej atmosfery. A kiedy przez nią przechodzisz, dzieją się ciekawe rzeczy, które w końcu zmieniają niebo na niebieski.
Atmosfera Ziemi
Jaka jest ogólnie atmosfera ziemska? To jest płaszcz Ziemi, złożony z różnych gazów (i istnieje, ponieważ grawitacja Ziemi jest wystarczająco silna, aby „przywiązać” je do siebie). Wszyscy wiemy, że jednym z tych gazów jest tlen, którego ludzie potrzebują do życia.
Ale wielu jest zaskoczonych, gdy dowiaduje się, że większość z nich trafia do azotu. Udział tlenu w atmosferze wynosi około 21%, a azotu aż 78%. Oddziaływanie światła słonecznego z cząsteczkami azotu i tlenu w atmosferze sprawia, że nasze niebo jest niebieskie.
Rozpraszanie promieni słonecznych w atmosferze
Kiedy promienie słoneczne wnikają do atmosfery, przechodząc bez przeszkód przez przestrzeń powietrzną, zaczynają „zderzać się” z cząsteczkami azotu i tlenu. Istnieje zjawisko, które nazywamy rozpraszaniem lub rozpraszaniem Rayleigha (według Lorda Rayleigha, który opisał to zjawisko w 1871 roku). Takie rozpraszanie ma miejsce, gdy wielkość cząstek, na których rozpraszane jest światło, jest mniejsza niż długość fali tego światła (dotyczy to cząsteczek azotu i tlenu w atmosferze, które są znacznie mniejsze niż długość fali światła widzialnego).
W przypadku rozpraszania Rayleigha ważne jest to, że zależy ono od długości fali lub koloru światła: światło o krótkiej długości fali rozprasza najwięcej, a światło o długich falach rozprasza najmniej (jeśli przypadkiem do czwartej potęgi długości fali). Na przykład typowe niebieskie światło rozprasza się około 5 razy wydajniej niż światło czerwone.
Gdy promienie słoneczne przechodzą przez atmosferę, najbardziej rozpraszają się promienie fioletowe, a następnie promienie niebieskie. Można to traktować jako fioletowe i niebieskie kolory „uciekające” przed białym światłem słonecznym i zmieniające się, to znaczy rozpraszające się po niebie i wreszcie docierające do oczu, tworząc kolorowy obraz nieba. Jeśli jednak fiolet jest bardziej rozproszony niż niebieski, to dlaczego niebo nie jest fioletowe, ale niebieskawe?
Są ku temu dwa powody. Przede wszystkim zauważamy, że w widmie słonecznym jest mniej kolorów fioletowych niż niebieskich. Po drugie, ludzkie oczy są bardziej wrażliwe na kolor niebieski niż fioletowy. Właśnie dlatego niebo wydaje się nam niebieskie. A gdyby nie było atmosfery, byłby czarny, ponieważ nie byłoby molekuł rozpraszających światło słoneczne na niebie.
Dlaczego niebo jest czerwone o wschodzie i zachodzie słońca?
O wschodzie i zachodzie słońca światło słoneczne musi przebyć większą odległość przez atmosferę niż wtedy, gdy słońce jest wysoko na niebie, aby dotrzeć do naszych oczu. W tym przypadku promieniowanie fioletowe i niebieskie jest kilkakrotnie rozpraszane w przypadkowych kierunkach i ostatecznie nie dociera do naszych oczu. A jeśli w tej warstwie atmosfery będzie dużo drobinek kurzu i smogu, to ich rozproszenie przyczyni się do jeszcze większego zaczerwienienia, tworząc piękne zachody słońca.
