Kodėl dangus yra mėlynas - labai sunku rasti atsakymą į tokį paprastą klausimą. Geriausią problemos sprendimą pasiūlė maždaug prieš 100 metų anglų fizikas lordas Johnas Rayleigh'as.
Bet pradėkime iš naujo. Taigi dangaus spalva turėtų būti tokia pati, tačiau ji vis tiek yra mėlyna. Kas atsitiks su balta šviesa žemės atmosferoje?
Saulės spinduliai
Tikroji saulės spindulių spalva yra balta. Balta šviesa yra spalvotų spindulių mišinys. Naudodami prizmę galime pasidaryti vaivorykštę. Prizmė padalija baltą spindulį į spalvotas juosteles: raudoną, oranžinę, geltoną, žalią, mėlyną, mėlyną ir violetinę. Sujungti šie spinduliai vėl sudaro baltą šviesą. Galima manyti, kad saulės spinduliai pirmiausia suskaidomi į spalvotus komponentus. Tada kažkas atsitinka, ir tik mėlyni spinduliai pasiekia Žemės paviršių.
Hipotezės, pateikiamos skirtingu metu
Yra keli galimi paaiškinimai. Žemę supantis oras yra dujų mišinys: azotas, deguonis, argonas ir kiti. Vandens garų ir ledo kristalai taip pat yra atmosferoje. Dulkės ir kitos smulkios dalelės susikaupia ore. Viršutinėje atmosferoje yra ozono sluoksnis. Ar tai gali būti priežastis?
Kai kurie mokslininkai manė, kad ozono ir vandens molekulės sugeria raudonuosius spindulius ir perduoda mėlynuosius. Bet paaiškėjo, kad atmosferoje tiesiog nebuvo pakankamai ozono ir vandens, kad dangus būtų mėlynas.
1869 m. Anglas Johnas Tyndalas pasiūlė, kad dulkės ir kitos dalelės išsklaidytų šviesą.Mėlyna šviesa yra išsklaidyta iki minimumo ir praeina pro tokių dalelių sluoksnius, pasiekdama Žemės paviršių. Savo laboratorijoje jis sukūrė smogo modelį ir apšvietė jį ryškiai baltu spinduliu. Smogas pasidarė giliai mėlynas.
Tyndalas nusprendė, kad jei oras bus absoliučiai švarus, tada niekas neišsklaidys šviesos, ir mes galime grožėtis ryškiai baltu dangumi. Lordas Rayleigh'as taip pat palaikė šią idėją, tačiau neilgai. 1899 m. Jis paskelbė savo paaiškinimą: dangų mėlynai nuspalvina oras, o ne dulkės ar dūmai.
Spalvos ir bangos ilgio santykis
Dalis saulės spindulių praeina tarp dujų molekulių, nesusiduria su jomis ir be pokyčių pasiekia Žemės paviršių. Kitas, daugiausiai, absorbuoja dujų molekulės. Kai absorbuojami fotonai, molekulės sužadinamos, tai yra, įkraunama energija, ir vėl ją išspinduliuoja fotonų pavidalu. Šie antriniai fotonai turi skirtingą bangos ilgį ir gali būti bet kokios spalvos - nuo raudonos iki purpurinės.
Jie išsibarstę į visas puses: į žemę, į saulę ir į šonus. Lordas Rayleigh'as teigė, kad skleidžiamo spindulio spalva priklauso nuo to, ar spinduliuotėje vyrauja vienos ar kitos spalvos kvantos. Susidūrus dujų molekulei su saulės šviesos fotonais, vienas raudonos spalvos kvantas turi aštuonis mėlynos spalvos kvantus.
Koks rezultatas? Intensyvi mėlyna šviesa pažodžiui iš visų pusių teka iš milijardų atmosferos dujų molekulių. Su šia šviesa sumaišomi kitų spalvų fotonai, todėl ji neturi gryno mėlyno tono.
Kodėl dangus yra mėlynas - atsakymas
Prieš pasiekdami žemės paviršių, kur žmonės gali jį apmąstyti, saulės spinduliai turi praeiti per visą planetos oro apvalkalą. Šviesa turi platų spektrą, kuriame vis dar išsiskiria pagrindinės vaivorykštės spalvos ir atspalviai. Iš šio spektro raudona turi ilgiausią šviesos bangą, o violetinė - trumpiausią. Saulėlydžio metu saulės diskas greitai mirga ir sklinda vis arčiau horizonto.
Tokiu atveju šviesa turi įveikti vis didėjantį oro storį, o dalis bangų prarandama. Pirma violetinė spalva išnyksta, tada mėlyna, žalsvai žydra. Ilgiausios raudonos bangos iki paskutiniųjų skverbiasi į Žemės paviršių, todėl saulės diskas ir aureolė aplink jį iki paskutinių akimirkų turi rausvus atspalvius.
Kas pasikeičia vakare?
Arčiau saulėlydžio saulė bėga į horizontą, kuo žemiau ji krinta, tuo greičiau artėja vakaras. Tokiais momentais atmosferos sluoksnis, skiriantis pradinius saulės spindulius nuo žemės paviršiaus, pradeda smarkiai didėti dėl polinkio kampo. Tam tikru metu tankus sluoksnis nustoja perduoti kitas šviesos bangas, be raudonos, ir tą akimirką dangus keičia šią spalvą. Mėlynos spalvos nebėra, ji absorbuojama, kai praeina pro atmosferą.
Įdomus faktas: saulėlydžio metu saulė ir dangus teka per visą spalvų gamą - kaip vienas ar kitas iš jų nustoja praeiti pro atmosferą. Tą patį galima pastebėti ir saulėtekio metu, abiejų reiškinių priežastys yra vienodos.
Kas nutinka, kai saulė pakyla?
Saulėtekio metu saulės spinduliai eina tuo pačiu procesu, tačiau atvirkštine tvarka. Tai yra, pirmieji pirmieji spinduliai praeina pro atmosferą stipriu kampu, tik raudonasis spektras pasiekia paviršių. Todėl saulėtekis iš pradžių raudonuoja. Tuomet, keičiantis saulėtekiui ir kampui, pradeda praeiti kitų spalvų bangos - dangus tampa oranžinis, o vėliau įprastai tampa mėlynas. Pusdienį pastebimas gilus dangaus mėlynumas, o po to vakare jis vėl pradeda virsti purpuriniu. Vienoje dangaus pusėje, toli nuo saulės, pastebimas mėlynai juodas atspalvis, tačiau kuo arčiau saulėtekio saulė, tuo daugiau raudonų atspalvių galima pamatyti šalia horizonto, kol saulė visiškai išnyks.
Tokie spalvų reiškiniai pastebimi visur. Saulė tampa raudona, kaip ir arti esančios dangaus sritys tiek prie pusiaujo, tiek prie polių. Šį reiškinį galima pastebėti visoje planetoje. Kartais saulėlydžiai ar saulėtekiai turi labiau prisotintus raudonus tonus, tai lemia atmosferos būsena, jame esantys aerozoliai ar suspensijos. Kitais atvejais spalva nėra tokia ryški, švelnesnė. Yra liaudies ženklų, leidžiančių nustatyti orą kitą dieną pagal saulėlydžio atspalvius - žmonės išmoko analizuoti spalvas ir didesniu ar mažesniu tikslumu numatyti iš jų atmosferos būseną.
Taigi raudona saulėlydžio spalva atsiranda dėl to, kad dideliu kampu per atmosferą prasiskverbia tik raudonos saulės spektro spalvos, turinčios ilgiausią bangos ilgį. Raudona saulėtekio spalva yra susijusi su tuo pačiu veiksniu.Likusią dienos dalį dangus yra mėlynas, nes šis atspalvis sugeba išstumti kitą spektrą, turėdamas didžiausią sugebėjimą išsibarstyti.
