Miért van az ég kék - nagyon nehéz megtalálni a választ ilyen egyszerű kérdésre. A probléma legjobb megoldását mintegy 100 évvel ezelőtt, Lord Rayleigh angol fizikus javasolta.
De kezdjük újra. Tehát az ég színének azonosnak kell lennie, de még mindig kék. Mi történik a fehér fénytel a föld légkörében?
Napsugarak
A nap sugarai valódi színe fehér. A fehér fény színes sugarak keveréke. Prizma segítségével szivárványt készíthetünk. A prizma a fehér sugarat színes csíkokra osztja: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, kék és lila. Összekötve ezek a sugarak ismét fehér fényt képeznek. Feltételezhető, hogy a napfény először színes komponensekre oszlik. Aztán történik valami, és csak a kék sugarak érik el a Föld felszínét.
A különböző időpontokban feltett hipotézisek
Számos lehetséges magyarázat létezik. A Földet körülvevő levegő gázok keveréke: nitrogén, oxigén, argon és mások. A légkörben még mindig vannak vízgőz és jégkristályok. A por és más apró részecskék szuszpendálódnak a levegőben. A légkör felső részében egy ózonréteg található. Ez lehet az oka?
Egyes tudósok úgy vélték, hogy az ózon- és vízmolekulák elnyelik a vörös sugarakat és továbbítják a kékket. De kiderült, hogy a légkörben egyszerűen nem volt elég ózon és víz ahhoz, hogy az ég kékké váljon.
John Tyndall az angol 1869-ben javasolta, hogy a por és más részecskék szórják a fényt.A kék fény a legkevésbé szétszórt, és áthalad az ilyen részecskék rétegein, elérve a Föld felszínét. Laboratóriumában szmog modellt készített, és fényes fehér fénnyel világította meg. A szmog mélykékké vált.
Tyndall úgy döntött, hogy ha a levegő teljesen tiszta, akkor semmi nem szórja a fényt, és csodálhatjuk a fényes fehér égboltot. Lord Rayleigh szintén támogatta ezt az ötletet, de nem sokáig. 1899-ben közzétette magyarázatát: az ég kék színét a levegő, nem a por vagy a füst jelenti.
A szín és a hullámhossz összefüggése
A nap sugarai egy része áthalad a gázmolekulák között, anélkül, hogy ütközne velük, és változások nélkül eléri a Föld felszínét. A másikot a legtöbb gázmolekulák abszorbeálják. Amikor a fotonok abszorbeálódnak, a molekulák gerjesztésre kerülnek, vagyis energiát töltöttek fel, és aztán újra fotonok formájában bocsátják ki. Ezeknek a másodlagos fotonoknak eltérő hullámhosszuk vannak, és bármilyen színűek lehetnek - vörösről lilaig.
Minden irányba szétszóródnak: a földre, a napra és az oldalra. Lord Rayleigh azt állította, hogy a kibocsátott sugár színe attól függ, hogy a sugárban az egyik vagy másik szín kvantuma van-e túlsúlyban. Egy gázmolekula és a napfény fotonjai közötti ütközés során a vörös egy kvantumának nyolc kékkvanta van.
Mi az eredmény? Az intenzív kék fény szó szerint minden oldalról önti ránk a légköri gázok milliárd molekulájából. Más fény fotonjai keverednek ehhez a fényhez, tehát nincs tiszta kék hangja.
Miért van az ég kék - a válasz
Mielőtt eljutnának a föld felszínéhez, ahol az emberek megfontolhatják, a napfénynek át kell haladnia a bolygó teljes léghéjában. A fénynek széles spektruma van, amelyben az alapszínek és a szivárvány árnyalatai továbbra is kiemelkednek. Ebből a spektrumból a vörös a leghosszabb, míg az ibolya a legrövidebb. Naplementekor a napelemek gyorsan pislognak, és egyre közelebb rohannak a láthatárhoz.
Ebben az esetben a fénynek le kell győznie egyre növekvő vastagságú levegőt, és a hullámok egy része elveszik. Az első lila eltűnik, aztán kék, ciánkék. A leghosszabb vörös hullámok továbbra is áthatolnak a Föld felszínén az utolsóig, ezért a napelemet és a környékén lévő halogót az utolsó pillanatokban vöröses árnyalatok jellemzik.
Mi változik este?
A naplementéhez közelebb a Nap rohan a horizonton, minél alacsonyabb esik, annál gyorsabban esik az estek. Ilyen pillanatokban az eredeti napfényt a föld felszínétől elválasztó légköri réteg hirtelen növekedni kezd a dőlésszög miatt. Egy bizonyos ponton a sűrített réteg nem továbbítja a vörös fényen kívül más fényhullámokat, és abban a pillanatban az ég megváltoztatja ezt a színt. A kék már nincs jelen, felszívódik, amikor áthalad a légkörben.
Érdekes tény: naplementekor a nap és az ég áthalad egy teljes árnyalattal - mivel ezek közül egyik vagy másik nem jár tovább a légkörben. Ugyanez figyelhető meg a napkelte idején, mindkét jelenség okai azonosak.
Mi történik, amikor felkel a nap?
Napkeltekor a nap sugarai ugyanazon a folyamaton mennek keresztül, de fordított sorrendben. Vagyis először az első sugarak erős szögben áttörik a légkört, csak a vörös spektrum jut a felszínre. Ezért a napkelte kezdetben vörösesen sikolyog. Ezután a napkelte és a szög változásakor más színű hullámok kezdenek átadni - az ég narancssárgává válik, majd szokásos módon kékké válik. Fél napos mélykék észlelhető az égbolton, majd este este ismét a bíborra fordul. Az ég egyik oldalán, a naptól távol, kék-fekete árnyalat figyelhető meg, de minél közelebb van a lenyugvó naphoz, annál több piros árnyalatot láthatunk a horizont közelében, amíg a nap teljesen eltűnik.
Ilyen színjelenségeket mindenhol megfigyelnek. A nap pirosra válik, csakúgy, mint az ahhoz közel eső égbolt területei, mind az Egyenlítőn, mind a pólusoknál. Ez a jelenség a bolygó egész területén látható. A napnyugtakor vagy a napkeltekor néha telítettebb vörös hangok vannak, ennek oka a légkör állapota, az aeroszolok vagy szuszpenziók jelenléte. Más esetekben a szín nem olyan kifejezett, enyhébb. Vannak népi jelek, amelyek lehetővé teszik, hogy a következő napi időjárást a naplemente árnyalata alapján meghatározhassa - az emberek megtanultak elemezni a színeket és többé-kevésbé pontosan megjósolni őket a légkör állapotát.
A naplemente piros színe tehát annak a ténynek köszönhető, hogy ha a légkörben nagy szöget zárnak be, akkor csak a napsugár spektrumának vörös színei áttörnek, és a leghosszabb hullámhosszúak. A napkeltek piros színe ugyanazzal a tényezővel társul.A nap hátralevő részén az ég kék, mivel ez az árnyék a legjobban szétszórni képes a másik spektrumot.