Miksi taivas on sininen - niin yksinkertaiseen kysymykseen on erittäin vaikea löytää vastausta. Paras ratkaisu ongelmaan ehdotti noin 100 vuotta sitten englantilainen fyysikko lordi John Rayleigh.
Mutta aloitetaan uudestaan. Joten taivaan värin tulisi olla sama, mutta se on silti sininen. Mitä tapahtuu valkoiselle valolle maan ilmakehässä?
Auringonsäteet
Auringonsäteiden todellinen väri on valkoinen. Valkoinen valo on sekoitus värillisiä säteitä. Prismaa käyttämällä voimme tehdä sateenkaaren. Prisma jakaa valkoisen säteen värillisiksi raidoiksi: punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, sininen ja violetti. Yhdistettynä nämä säteet muodostavat jälleen valkoisen valon. Voidaan olettaa, että auringonvalo jakautuu ensin värillisiksi komponenteiksi. Sitten tapahtuu jotain, ja vain siniset säteet saavuttavat maan pinnan.
Eri aikoina esitetyt hypoteesit
Mahdollisia selityksiä on useita. Maata ympäröivä ilma on sekoitus kaasuja: typpeä, happea, argonia ja muita. Ilmakehässä on edelleen vesihöyryä ja jääkiteitä. Pöly ja muut pienet hiukkaset suspendoituvat ilmaan. Ylemmässä ilmakehässä on kerros otsonia. Voisiko tämä olla syy?
Jotkut tutkijat uskoivat, että otsoni- ja vesimolekyylit imevät punaiset säteet ja lähettävät sinisiä. Mutta kävi ilmi, että ilmakehässä ei yksinkertaisesti ollut tarpeeksi otsonia ja vettä taivaan siniseksi muuttamiseksi.
Englantilainen John Tyndall ehdotti vuonna 1869, että pöly ja muut hiukkaset hajottavat valon.Sininen valo on hajallaan vähäisimmässä määrin ja kulkee tällaisten hiukkasten kerrosten läpi ja pääsee maan pintaan. Laboratoriossaan hän loi mallin tupakasta ja valaisi sen kirkkaalla valkoisella säteellä. Tupakka muuttui syvän siniseksi.
Tyndall päätti, että jos ilma olisi ehdottoman puhdasta, mikään ei hajottaisi valoa, ja voimme ihailla kirkkaan valkoista taivasta. Lord Rayleigh tuki myös tätä ajatusta, mutta ei kauan. Vuonna 1899 hän julkaisi selityksen: taivas sininen väri on ilma, ei pöly tai savu.
Värin ja aallonpituuden suhde
Osa auringonsäteistä kulkee kaasumolekyylien välillä törmäämättä niiden kanssa ja ilman muutoksia saavuttaa maan pinnan. Toinen, suurin osa, absorboituu kaasumolekyyleihin. Kun fotonit imeytyvät, molekyylit kiihtyvät, toisin sanoen, varautuvat energialla, ja emittoivat sen sitten taas fotonien muodossa. Näillä sekundaarisilla fotoneilla on erilaiset aallonpituudet ja ne voivat olla mitä tahansa väriä - punaisesta purppuraan.
Ne sirottelevat kaikkiin suuntiin: maahan ja aurinkoon ja sivuille. Lord Rayleigh ehdotti, että säteilevän säteen väri riippuu yhden tai toisen värin kvanttien vallinnasta säteessä. Kun kaasumolekyyli törmää auringonvalon fotonien kanssa, yhdellä sinisellä sekundaarisella kvantilla on kahdeksan sinistä kvanttia.
Mikä on lopputulos? Voimakas sininen valo kaataa kirjaimellisesti meitä joka puolelta miljardeista ilmakehän kaasujen molekyyleistä. Muiden värien fotoneja sekoitetaan tähän valoon, joten siinä ei ole puhdasta sinistä sävyä.
Miksi taivas on sininen - vastaus
Ennen kuin maa saavuttaa maanpinnan, missä ihmiset voivat miettiä sitä, auringonvalon on läpäistävä koko planeetan ilmakuoren läpi. Valolla on laaja kirjo, jossa perusvärit, sateenkaaren sävyt erottuvat edelleen. Tästä spektristä punaisella on pisin valoaalto, kun violetti on lyhyin. Auringonlaskun aikaan aurinkolevy vilkkuu nopeasti ja kiirehtii lähemmäksi horisonttia.
Tässä tapauksessa valon on voitettava jatkuvasti kasvava ilmanpaksuus, ja osa aalloista häviää. Ensin violetti katoaa, sitten sininen, syaani. Pisimmät punaiset aallot tunkeutuvat edelleen maapallon pintaan viimeiseen saakka, ja siksi aurinkolevy ja sen ympärillä oleva halogeeni viimeisillä hetkeillä ovat punertavia sävyjä.
Mitä muutoksia illalla?
Lähempänä auringonlaskua aurinko ryntää horisonttiin, mitä matalampi putoaa, sitä nopeammin ilta lähestyy. Sellaisina hetkinä ilmakehän kerros, joka erottaa alkuperäisen auringonvalon maan pinnasta, alkaa nousta voimakkaasti kallistuskulman takia. Jossain vaiheessa paksuuntumiskerros lakkaa lähettämästä muita valoaaltoja punaisten lisäksi ja tällä hetkellä taivas muuttaa tämän värin. Sinistä ei enää ole, se imeytyy läpi ilmakehän.
Mielenkiintoinen fakta: auringonlaskun aikaan aurinko ja taivas kulkevat kokonaisen sävyvalikoiman läpi - koska yksi tai toinen niistä lakkaa kulkemasta ilmakehän läpi. Samaa voidaan havaita auringonnousun aikaan, syyt molemmille ilmiöille ovat samat.
Mitä tapahtuu, kun aurinko nousee?
Auringonnousun aikana auringonsäteet käyvät läpi saman prosessin, mutta päinvastaisessa järjestyksessä. Eli ensimmäiset säteet murtautuvat ilmakehän läpi voimakkaassa kulmassa, vain punainen spektri saavuttaa pinnan. Siksi auringonnousu paistaa alun perin punaisena. Sitten auringonnousun ja kulman muuttuessa muiden värien aallot alkavat kulkea - taivas muuttuu oranssiksi ja sitten siitä tulee yleensä sininen. Taivaan havaitaan puolipäivän syvän sininen taivas ja sitten illalla se alkaa jälleen kääntyä purppuraan. Taivaan toisella puolella, kaukana auringosta, havaitaan sinimusta-sävyä, mutta mitä lähempänä laskevaa aurinkoa, sitä enemmän punaisia sävyjä voi nähdä lähellä horisonttia, kunnes aurinko katoaa kokonaan.
Tällaisia väri-ilmiöitä havaitaan kaikkialla. Aurinko muuttuu punaiseksi, samoin kuin lähellä olevia taivaan alueita, sekä päiväntasaajan että napojen vieressä. Tämä ilmiö näkyy kaikkialla planeetalla. Joskus auringonlaskuissa tai auringonnousussa on enemmän tyydyttyneitä punaisia sävyjä, tämä johtuu ilmakehän tilasta, siinä olevista aerosoleista tai suspensioista. Muissa tapauksissa väri ei ole niin voimakas, maltillisempi. On olemassa kansanmerkkejä, joiden avulla voit määrittää sää seuraavana päivänä auringonlaskun sävyjen perusteella - ihmiset ovat oppineet analysoimaan värejä ja ennustamaan ilmakehän tilan niistä suuremmalla tai pienemmällä tarkkuudella.
Siten auringonlaskun punainen väri johtuu siitä, että ilmakehän läpi kulmassa vain auringon spektrin punaiset värit murtautuvat läpi ja ovat pisin aallonpituus. Auringonlaskujen punainen väri liittyy samaan tekijään.Loppupäivänä taivas on sininen, koska tämä varjo pystyy hukuttamaan toisen spektrin, jolla on suurin hajontakyky.