Patrzymy w górę i widzimy błękit, a wieczorem to samo niebo potrafi zapłonąć pomarańczem i czerwienią. Za oboma zjawiskami stoi ten sam mechanizm: sposób, w jaki światło słoneczne odbija się od drobin powietrza. Wystarczy go zrozumieć, by inaczej spojrzeć na każdy zachód słońca.
Białe światło to mieszanina kolorów
Światło Słońca wydaje się nam białe, ale w rzeczywistości składa się z wielu barw – od fioletu i niebieskiego, przez zieleń i żółć, aż po pomarańcz i czerwień. Łatwo to sprawdzić w domu: promień przepuszczony przez szklany pryzmat albo kroplę wody rozszczepia się na tęczę. Każdy kolor odpowiada innej długości fali. Fiolet i niebieski mają fale krótkie, czerwień – najdłuższe z tych, które widzi ludzkie oko.
Dopóki światło leci przez pustą przestrzeń kosmiczną, wszystkie barwy podróżują razem. Sytuacja zmienia się dopiero wtedy, gdy promienie wpadają do ziemskiej atmosfery i zaczynają napotykać cząsteczki azotu i tlenu.
Rozpraszanie Rayleigha, czyli dlaczego wygrywa błękit
Cząsteczki gazów w powietrzu są znacznie mniejsze od długości fali światła. Kiedy promień na nie trafia, część energii zostaje „rozrzucona” we wszystkich kierunkach. Zjawisko to nazywa się rozpraszaniem Rayleigha, od nazwiska brytyjskiego fizyka, który opisał je matematycznie w XIX wieku.
Kluczowe jest to, że rozpraszanie bardzo silnie zależy od długości fali. Im fala krótsza, tym mocniej się rozprasza – zależność jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi długości fali. W praktyce oznacza to, że światło niebieskie rozprasza się kilka razy silniej niż czerwone. Gdy patrzymy w dowolny punkt nieba z dala od Słońca, do naszych oczu docierają właśnie te rozproszone, „odbite po drodze” niebieskie promienie. Dlatego całe sklepienie wygląda na błękitne.
Skoro fiolet rozprasza się jeszcze mocniej, czemu niebo nie jest fioletowe?
To bardzo dobre pytanie i odpowiedź ma kilka części:
- Słońce wysyła mniej światła fioletowego niż niebieskiego.
- Część fioletu jest pochłaniana wysoko w atmosferze, zanim dotrze nisko nad ziemię.
- Ludzkie oko jest znacznie mniej czułe na fiolet niż na niebieski i zielony.
Mózg łączy wszystkie te sygnały i w efekcie odbieramy niebo jako niebieskie, czasem lekko jasnobłękitne przy horyzoncie.
Skąd czerwień o zachodzie i wschodzie słońca
W południe promienie słoneczne przechodzą przez atmosferę możliwie krótką drogą, niemal pionowo. Gdy Słońce zbliża się do horyzontu, światło musi pokonać znacznie grubszą warstwę powietrza, bo biegnie do nas ukośnie. Po drodze niebieska część widma zostaje rozproszona na boki i „gubi się”, zanim dotrze do obserwatora.
Co zostaje? Głównie fale dłuższe – żółte, pomarańczowe i czerwone. To one malują tarczę Słońca i chmury wokół niej. Nasz wieczorny zachód słońca jest więc w pewnym sensie resztką po błękicie, który w tej samej chwili oświetla niebo komuś daleko na zachód od nas, gdzie wciąż jest dzień.
Na intensywność barw wpływa też to, co unosi się w powietrzu. Drobny pył, sól morska, dym z pożarów czy popiół wulkaniczny mogą sprawić, że zachody będą wyjątkowo jaskrawe albo przeciwnie – mętne i przytłumione. Po dużych erupcjach wulkanów zdarzało się, że niezwykle kolorowe zmierzchy obserwowano przez wiele miesięcy w różnych częściach świata.
Dlaczego chmury są białe, a mgła szara
Kropelki wody w chmurach są dużo większe od cząsteczek gazu. Dla nich działa inny rodzaj rozpraszania, w którym wszystkie kolory rozpraszają się mniej więcej tak samo. Skoro żadna barwa nie dominuje, chmura wygląda na białą. Gdy jest bardzo gruba, światło nie przebija się przez nią w całości i od spodu widzimy ją jako szarą, a nawet granatową przed burzą.
Podobnie działa zamglone, wilgotne powietrze w upalny dzień: niebo robi się bledsze, mleczne, bo do błękitu dołącza biały składnik rozproszony przez kropelki i drobiny zanieczyszczeń. Najgłębszy, nasycony błękit zobaczymy zwykle w suchy, czysty dzień, na przykład w górach albo po przejściu frontu z ulewą.
Niebo na innych planetach
Kolor nieba nie jest uniwersalny – zależy od tego, z czego składa się atmosfera. Na Księżycu, który praktycznie nie ma atmosfery, nie ma czego rozpraszać, więc nawet w dzień niebo jest czarne, a gwiazdy widać obok jasnego Słońca. Na Marsie, gdzie w rzadkim powietrzu unosi się sporo drobnego, rdzawego pyłu, dzienne niebo ma odcień żółtobrązowy, a zachody słońca wokół tarczy przybierają zaskakująco niebieskawy kolor. To dobry przykład, że ta sama fizyka przy innych składnikach daje zupełnie inny obraz.
Najważniejsze w pigułce
- Światło słoneczne to mieszanina barw o różnych długościach fal.
- Cząsteczki powietrza rozpraszają krótkie fale, czyli niebieskie, znacznie silniej niż długie.
- Niebo nie jest fioletowe, bo Słońce świeci słabiej w fiolecie, a oko jest na niego mniej czułe.
- O zachodzie światło przechodzi przez grubą warstwę powietrza, traci błękit i zostają barwy czerwone i pomarańczowe.
- Pył, dym i wilgoć zmieniają odcień nieba i zachodów, a większe kropelki wody dają biel chmur.
Przy następnym zachodzie słońca warto spojrzeć nie tylko na samą tarczę, ale też na przeciwną stronę nieba. Często widać tam różowawy pas tuż nad horyzontem, a pod nim ciemniejszą, niebieskoszarą wstęgę – to cień Ziemi rzucany na atmosferę.
Przeczytaj także:
Comments are closed.