آبی بودن رنگ آسمان و بررسی دلایل آن
برای درک آبی بودن رنگ آسمان و بررسی دلایل آن باید ماهیت نور خورشید و نحوه تعامل آن با مولکول های گازی که جو ما را تشکیل می دهند، در نظر بگیریم، برای مطالعه کامل مقاله تا انتهای مطلب با مجله آندرومدا مگ همراه باشید.
نور خورشید که در چشم انسان سفید به نظر می رسد ، ترکیبی از تمام رنگهای رنگین کمان است. برای بسیاری از اهداف، می توان نور خورشید را موجی الکترومغناطیسی تصور کرد که باعث می شود ذرات باردار (الکترون ها و پروتون ها) درون مولکول های هوا هنگام عبور نور خورشید از جو به سمت بالا و پایین نوسان کنند. وقتی این اتفاق می افتد ، بارهای نوسانی تابش الکترومغناطیسی را با همان فرکانس تابش خورشید تولید می کنند، اما در همه جهات مختلف پخش می شوند.
این تغییر مسیر هدایت نور خورشید توسط مولکول های هوا را پراکندگی می نامند.
چرا آسمان آبی است؟
جز رنگ آبی طیف نور مرئی دارای طول موج کوتاه تر و فرکانس های بالاتر از رنگ قرمز است. بنابراین ، وقتی نور خورشید از همه رنگها از هوا عبور می کند ، قسمت آبی باعث می شود ذرات باردار سریعتر از قسمت قرمز نوسان کنند. هرچه نوسان سریعتر باشد ، نور پراکنده تری تولید می شود ، بنابراین رنگ آبی با شدت بیشتری نسبت به قرمز پراکنده می شود. برای ذراتی مانند مولکول های هوا که بسیار کوچکتر از طول موج های نور مرئی هستند ، تفاوت چشمگیر است. شتاب ذرات باردار متناسب با مربع فرکانس و شدت نور پراکنده متناسب با مربع این شتاب است. بنابراین شدت نور پراکنده متناسب با توان چهارم فرکانس است. نتیجه این است که نور آبی تقریباً 10 برابر بیشتر از نور قرمز در جهات دیگر پراکنده می شود.
وقتی به یک نقطه دلخواه در آسمان نگاه می کنیم ، به دور از خورشید ، فقط نوری را می بینیم که توسط جو به خط دید ما هدایت شده است. از آنجا که این امر بیشتر برای نور آبی بیشتر از قرمز رخ می دهد ، آسمان آبی به نظر می رسد. نور بنفش در واقع حتی کمی بیشتر از رنگ آبی پراکنده است. بیشتر نور خورشید که وارد جو می شود ، آبی است تا بنفش ، و چشمان ما نسبت به نور بنفش تا حدی نسبت به نور بنفش حساس هستند ، بنابراین آسمان آبی به نظر می رسد.
وقتی غروب خورشید را در افق مشاهده می کنیم ، عکس این اتفاق می افتد. ما فقط نوری را می بینیم که در جهات دیگر پراکنده نشده است. طول موج های قرمز نور خورشید که از جو عبور می کنند بدون اینکه خیلی پراکنده شوند ، به چشم ما می رسند ، در حالی که نور آبی به شدت پراکنده نیست. فاصله طولانی تری که نور خورشید در حال افق در اتمسفر طی می کند ، تأثیر آن را بیشتر می کند پراکنده شدن نور آبی بیشتر از زمان سربار خورشید است. بنابراین ، خورشید غروب مایل به قرمز است. در آسمان آلوده ، ذرات کوچک آئروسل سولفات ، کربن آلی یا گرد و غبار معدنی باعث پراکندگی بیشتر نور آبی می شوند و غروب خورشید را در شرایط آلوده گاهی اوقات تماشایی می کنند.
از طرف دیگر ، ابرها از قطرات آب ساخته شده اند که بسیار بزرگتر از طول موج های نور مرئی هستند. نحوه پراکندگی نور خورشید با توجه به شکست و انعکاس داخلی نور توسط قطرات ابر تعیین می شود. برای این ذرات تفاوت بین پراکندگی نور آبی و قرمز تقریباً به اندازه مولکولهای گاز نیست. از این رو ، چشمان ما نور پراکنده قابل توجهی را در تمام طول موج های مرئی دریافت می کنند ، و باعث می شود ابرها سفیدتر از آبی به نظر برسند ، به ویژه هنگامی که در پس زمینه آسمان آبی مشاهده شوند.
از آنجا که پراکندگی توسط جو باعث آبی شدن آسمان می شود ، یک سیاره بدون جو نمی تواند آسمانی روشن داشته باشد. به عنوان مثال ، عکس های گرفته شده توسط فضانوردان آپولو در ماه آنها را نشان می دهد و سطح ماه را در زیر نور خورشید نشان می دهد ، اما یک آسمان کاملا تاریک در همه جهات دور از خورشید را به ما نشان می دهد.