لماذا السماء زرقاء - من الصعب جدًا العثور على إجابة لمثل هذا السؤال البسيط. تم اقتراح أفضل حل للمشكلة منذ حوالي 100 عام من قبل الفيزيائي الإنجليزي اللورد جون رايلي.
لكن لنبدأ مرة أخرى. لذا يجب أن يكون لون السماء هو نفسه ، لكنه لا يزال أزرق. ماذا يحدث للضوء الأبيض في الغلاف الجوي للأرض؟
أشعة الشمس
اللون الحقيقي لأشعة الشمس هو الأبيض. الضوء الأبيض هو مزيج من الأشعة الملونة. باستخدام المنشور ، يمكننا عمل قوس قزح. يقسم المنشور شعاعًا أبيض إلى خطوط ملونة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأزرق والبنفسجي. تتحد هذه الأشعة مرة أخرى معًا ، وتشكل ضوءًا أبيض. يمكن افتراض أن ضوء الشمس ينقسم أولاً إلى مكونات ملونة. ثم يحدث شيء ، وتصل الأشعة الزرقاء فقط إلى سطح الأرض.
طرح الفرضيات في أوقات مختلفة
هناك عدة تفسيرات محتملة. الهواء المحيط بالأرض هو مزيج من الغازات: النيتروجين والأكسجين والأرجون وغيرها. في الجو لا يزال هناك بخار الماء وبلورات الثلج. يتم تعليق الغبار والجسيمات الصغيرة الأخرى في الهواء. في الغلاف الجوي العلوي طبقة من الأوزون. هل يمكن أن يكون هذا هو السبب؟
يعتقد بعض العلماء أن جزيئات الأوزون والمياه تمتص الأشعة الحمراء وتنقل الأشعة الزرقاء. ولكن اتضح أنه لم يكن هناك ما يكفي من الأوزون والمياه في الغلاف الجوي لتحويل السماء إلى اللون الأزرق.
في عام 1869 ، اقترح الإنجليزي جون تيندال أن الغبار والجزيئات الأخرى تشتت الضوء.ينتشر الضوء الأزرق إلى أقل حد ويمر عبر طبقات من هذه الجسيمات ، ليصل إلى سطح الأرض. في مختبره ، ابتكر نموذج الضباب الدخاني وأضاءه بحزمة بيضاء مشرقة. تحول الضباب الدخاني إلى اللون الأزرق العميق.
قرر تيندال أنه إذا كان الهواء نظيفًا تمامًا ، فلن يشتت الضوء ، ويمكننا أن نعجب بالسماء البيضاء الساطعة. كما دعم اللورد رايلي هذه الفكرة ، ولكن ليس لفترة طويلة. في عام 1899 ، نشر تفسيره: الهواء ، وليس الغبار أو الدخان ، هو الذي يلون السماء الزرقاء.
علاقة اللون وطول الموجة
يمر جزء من أشعة الشمس بين جزيئات الغاز ، دون اصطدامها ، ودون أن تصل التغييرات إلى سطح الأرض. والأخرى ، تمتصها جزيئات الغاز. عندما يتم امتصاص الفوتونات ، تكون الجزيئات متحمسة ، أي مشحونة بالطاقة ، ثم تنبعث منها على شكل فوتونات مرة أخرى. هذه الفوتونات الثانوية لها أطوال موجية مختلفة ويمكن أن تكون من أي لون - من الأحمر إلى الأرجواني.
تتناثر في جميع الاتجاهات: إلى الأرض ، وإلى الشمس ، وإلى الجانبين. اقترح اللورد رايلي أن لون الشعاع المنبعث يعتمد على غلبة كمية من لون أو آخر في الشعاع. عندما يصطدم جزيء غاز بفوتونات ضوء الشمس ، فإن كمًا ثانويًا أزرقًا واحدًا يحتوي على ثمانية كمات زرقاء.
ما هي النتيجة؟ يصب علينا الضوء الأزرق المكثف حرفيا من جميع الجهات من بلايين الجزيئات من غازات الغلاف الجوي. يتم خلط الفوتونات من الألوان الأخرى مع هذا الضوء ، لذلك ليس له نغمة زرقاء صافية.
لماذا السماء زرقاء - الجواب
قبل الوصول إلى سطح الأرض ، حيث يمكن للناس التفكير فيه ، يجب أن يمر ضوء الشمس عبر القشرة الهوائية للكوكب بالكامل. للضوء نطاق واسع ، حيث لا تزال الألوان الأساسية ، وظلال قوس قزح بارزة. من هذا الطيف ، الأحمر له أطول موجة ضوئية ، بينما البنفسجي لديه أقصر. عند غروب الشمس ، يتوهج القرص الشمسي بسرعة ويندفع أقرب وأقرب إلى الأفق.
في هذه الحالة ، يجب أن يتغلب الضوء على سماكة الهواء المتزايدة باستمرار ، ويتم فقد جزء من الموجات. يختفي البنفسجي الأول ، ثم الأزرق ، السماوي. تستمر الموجات الحمراء الأطول في اختراق سطح الأرض حتى النهاية ، وبالتالي فإن القرص الشمسي والهالة حوله حتى اللحظات الأخيرة لها ألوان حمراء.
ما التغييرات في المساء؟
أقرب إلى غروب الشمس ، تندفع الشمس إلى الأفق ، كلما سقطت أقل ، كلما اقترب المساء. في مثل هذه اللحظات ، تبدأ الطبقة الجوية التي تفصل ضوء الشمس الأصلي عن سطح الأرض في الزيادة بشكل حاد بسبب زاوية الميل. في مرحلة ما ، تتوقف طبقة السماكة عن إرسال موجات ضوئية أخرى بجانب الموجات الحمراء ، وفي هذه اللحظة تتحول السماء إلى هذا اللون. لم يعد الأزرق موجودًا ؛ يتم امتصاصه أثناء مروره عبر الغلاف الجوي.
حقيقة مثيرة للاهتمام: عند غروب الشمس ، تمر الشمس والسماء عبر سلسلة كاملة من الظلال - حيث يتوقف واحد أو آخر عن المرور عبر الغلاف الجوي. يمكن ملاحظة الشيء نفسه في وقت شروق الشمس ، وأسباب كلتا الظواهر هي نفسها.
ماذا يحدث عندما تشرق الشمس؟
عند شروق الشمس ، تمر أشعة الشمس بنفس العملية ، ولكن بترتيب عكسي. أي أن الأشعة الأولى تخترق الغلاف الجوي بزاوية قوية ، فقط الطيف الأحمر يصل إلى السطح. لذلك ، كان الشروق شديد الحساسية في البداية باللون الأحمر. بعد ذلك ، مع تغير شروق الشمس وزاويتها ، تبدأ موجات من الألوان الأخرى بالمرور - تتحول السماء إلى اللون البرتقالي ، ثم تصبح زرقاء بشكل معتاد. لوحظ وجود سماء زرقاء عميقة لمدة نصف يوم ، ثم في المساء ، يبدأ في العودة مرة أخرى إلى اللون الأرجواني. على جانب واحد من السماء ، بعيدًا عن الشمس ، لوحظ لون أزرق أسود ، ولكن كلما اقتربت من الشمس ، كلما أمكن رؤية المزيد من الأشكال الحمراء بالقرب من الأفق حتى تختفي الشمس تمامًا.
لوحظت هذه الظواهر اللونية في كل مكان. تصبح الشمس حمراء ، وكذلك مناطق السماء القريبة منها ، سواء عند خط الاستواء أو في القطبين. يمكن رؤية هذه الظاهرة في جميع أنحاء الكوكب. في بعض الأحيان يكون لغروب الشمس أو شروق الشمس نغمات حمراء أكثر تشبعًا ، ويرجع ذلك إلى حالة الغلاف الجوي ، ووجود الهباء الجوي أو المعلقات فيها. في حالات أخرى ، لا يكون اللون واضحًا ، وأكثر اعتدالًا. هناك إشارات شعبية تسمح لك بتحديد الطقس في اليوم التالي بظلال غروب الشمس - لقد تعلم الناس تحليل الألوان والتنبؤ بحالة الجو منهم بدقة أكبر أو أقل.
وبالتالي ، فإن اللون الأحمر لغروب الشمس يرجع إلى حقيقة أنه في زاوية كبيرة عبر الغلاف الجوي ، فإن الألوان الحمراء فقط من الطيف الشمسي تخترق ، ولديها أطول طول موجي. يرتبط اللون الأحمر للشروق بنفس العامل.بقية اليوم ، السماء زرقاء ، لأن هذا الظل قادر على غرق الطيف الآخر ، ولديه أكبر قدرة على التشتت.
