Dlaczego niebo jest niebieskie?

Zawarte w atmosferze ziemskiej gazy, cząsteczki i kropelki wody rozpraszają światło słoneczne. Niebieskie światło jest mocniej rozpraszane niż inne kolory, przez co najczęściej niebo jest niebieskie.

W poniższym tekście weźmiemy pod lupę kolor nieba i odpowiemy szczegółowo na pytanie czemu niebo jest niebieskie, a nie np. fioletowe, a także czemu przy zachodzie słońca niebo jest koloru czerwonego.

Dlaczego niebo jest niebieskie?

Chyba każde chociaż raz pomyślał “dlaczego niebo jest niebieskie?”. Żeby to w pełni zrozumieć i odpowiedzieć na pytanie musimy wyjaśnić, w jaki sposób działa światło słoneczne i jak reaguje, gdy napotyka na swojej drodze cząsteczki w atmosferze.

Światło słoneczne (a dokładnie fale elektromagnetyczne), które dla ludzkiego oka jest białe, tak naprawdę jest mieszanką wszystkich kolorów tęczy. Możemy to zaobserwować, gdy pada deszcz i na niebie pojawia się owa tęcza. Dzieje się to dlatego, że cząsteczki i kropelki wody zawarte w powietrzu działają, jak maleńkie pryzmaty i rozszczepiają wiązkę światła, czyli rozdzielają fale elektromagnetyczne.

Fale elektromagnetyczne mają różną długość, przez co przy spotkaniu wiązki światła z pryzmatem światło jest rozdzielane na poszczególne fale (kolory). Fale o największej długości mają najmniejszą częstotliwość, podczas gdy fale o najmniejszej długości mają największą częstotliwość. Spójrz na animację poniżej – zwróć uwagę na długość i częstotliwość fal, np. fioletowej i czerwonej.

Na tej animacji tego nie ujęto, ale fale elektromagnetyczne w rzeczywistości nie są takiej samej wielkości. Spośród widocznych dla nas fal światło czerwone jest największe i ma ok. 750 nanometrów, podczas gdy światło niebieskie i fioletowe ma ok. 400 nanometrów. Dla porównania średnica ludzkiego włosa ma ok. 50 000 nanometrów.

Rozmiar fal elektromagnetycznych ma w tym przypadku znaczenie dlatego, że światło słoneczne po wejściu w naszą atmosferę zostaje rozproszone (rozniesione w różnym kierunku) przez zawarte w atmosferze cząsteczki – takie jak azot i tlen. Wszystkie fale ulegają rozproszeniu przez cząsteczki powietrza, ale najbardziej fale krótkie, czyli niebieskie i fioletowe. Dzieje się to dlatego, że cząsteczki powietrza są dużo mniejsze niż długość fal, a im mniejsza fala, tym bardziej ulega rozproszeniu.

Zostało to opisane, jako rozpraszanie Rayleigha, według którego fioletowe fale na granicy światła widzialnego rozpraszają się znacznie silniej niż fale czerwone.

Więc dlaczego niebo nie jest fioletowe?

Skoro fioletowe światło rozprasza się w atmosferze jeszcze bardziej niż światło niebieskie, to dlaczego niebo jest niebieskie, a nie fioletowe? To dlatego, że receptory w naszych oczach są bardziej wrażliwe na kolor niebieski niż fioletowy. Poza tym większość niebieskich fal zatrzymuje się w górnych warstwach atmosfery. 

Pozycja Słońca, a kolor nieba

Kolor nieba, jaki widzą nasze oczy jest zależny od pozycji Słońca. W ciągu dnia, patrząc na dowolny punkt na niebie dociera do nas niebieskie światło odbite od cząsteczek powietrza w atmosferze, a że niebieskie fale odbijają się znacznie częściej niż inne, to widzimy niebieskie niebo. Bliżej horyzontu niebo zaczyna zmieniać barwę na jasno niebieską lub białą, to dlatego, że patrząc na horyzont warstwa powietrza przez którą niebieskie światło musi się przedostać jest grubsza, niż ta nad nami.

Czerwone niebo

Czerwone niebo pojawia się, gdy słońce zachodzi. Dzieje się to dlatego, że im Słońce jest niżej na niebie, tym więcej atmosfery ma światło do pokonania – a co już wiemy, to że czerwone i żółte fale nie rozpraszają się w atmosferze tak, jak niebieskie. Oznacza to, że czerwone światło dociera prosto do nas, podczas gdy niebieskie i fioletowe fale rozpraszają się w atmosferze, co sprawia, że widzimy czerwone niebo. Pyłki, zanieczyszczenia i para wodna zawarta w powietrzu wzmacniają efekt czerwonego nieba.

Inne planety

Skoro kolor widzianego przez nas nieba powiązany jest z atmosferą oznacza to, że na innych planetach może mieć inną barwę. Na zdjęciach z Marsa widać, że zachód Słońca z powodu unoszącego się w powietrzu pyłu może przybierać niebieskawy kolor. 

Natomiast na Księżycu nie ma atmosfery, więc nie zobaczymy tam niebieskiego nieba, ani czerwonego zachodu Słońca. Ale dzięki temu będziemy idealnie widzieć kosmos.