Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, „dlaczego niebo jest niebieskie”? Ta wydawałoby się prosta, a zarazem intrygująca kwestia, od wieków fascynuje zarówno dzieci, jak i dorosłych.
W tym artykule zanurzymy się w otchłanie nauki i odpowiemy na to pytanie.
Dlaczego niebo jest niebieskie?
Niebo jest niebieskie z powodu zjawiska znanego jako rozpraszanie Rayleigha.
Kiedy światło słoneczne – które jest mieszanką wszystkich kolorów tęczy – dociera do atmosfery Ziemi, jest rozpraszane we wszystkich kierunkach przez cząsteczki zawarte w powietrzu. Niebieskie światło ma krótszą długość fali i jest rozpraszane silniej niż inne kolory.
Dlatego, kiedy patrzymy w ciągu dnia na niebo, jest ono niebieskie.
Światło, atmosfera i efekt Rayleigha
Żeby wyjaśnić dokładnie, dlaczego niebo jest niebieskie, musimy wytłumaczyć, w jaki sposób właściwie działa światło słoneczne i jak zachowuje się przy zetknięciu się z atmosferą.
Czym jest światło słoneczne?
Światło słoneczne, które dociera do naszej planety, to nie tylko oświetlenie, która pozwala nam widzieć świat wokół nas. To złożona mieszanka różnych rodzajów fal elektromagnetycznych, a razem tworzą to, co nazywamy światłem widzialnym.
Światło słoneczne składa się z różnych kolorów – co widzimy m.in. gdy na niebie pojawia się tęcza w czasie opadów atmosferycznych. Każdy kolor reprezentuje inną długość fal elektromagnetycznych. Czerwone światło ma najdłuższą długość fali, a fioletowe – najkrótszą. Pozostałe kolory tęczy – pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski – znajdują się pomiędzy nimi.
Rozpraszania Rayleigha
Zjawisko rozpraszania Rayleigha nazwane na cześć brytyjskiego fizyka Lorda Rayleigha, opisuje sposób, w jaki światło jest rozpraszane przez cząsteczki zawarte w atmosferze.
Gdy światło słoneczne wpada na cząsteczki powietrza w atmosferze, jest następnie odbijane (rozpraszane) we wszystkich kierunkach. Ale nie wszystkie kolory są rozpraszane w ten sam sposób. Krótkie fale świetlne, takie jak niebieskie i fioletowe, są rozpraszane mocniej niż długie fale, takie jak czerwone i pomarańczowe.
To oznacza, że niebieskie światło jest rozpraszane na wszystkie strony, tworząc niebieskie niebo, które widzimy. Ale co z fioletem, który jest również silnie rozpraszany – dlaczego nie widzimy fioletowego nieba?
Dlatego, że nasze oczy są bardziej wrażliwe na światło o długości fali odpowiadającej kolorowi niebieskiemu.
Pozycja Słońca, a kolor nieba
Kiedy słońce znajduje się wysoko na niebie, w zenicie, promienie pokonują stosunkowo krótką drogę przez atmosferę. W tej porze dnia, światło o krótkiej długości fali, czyli niebieskie i fioletowe, jest intensywnie rozpraszane we wszystkich kierunkach.
Natomiast sytuacja się zmienia podczas wschodu i zachodu słońca, gdy niebo jest czerwone lub pomarańczowe. Wtedy promienie słoneczne muszą pokonać znacznie dłuższą drogę przez atmosferę, ze względu na kąt padania światła słonecznego. Większa część niebieskiego światła jest wówczas tak silnie rozproszona, że nie dociera do naszych oczu, a zamiast niego, receptory w naszych oczach wykrywają czerwień, pomarańcz i róż.
Kolor nieba na innych planetach
Kolor nieba, który widzimy na Ziemi, jest wynikiem unikalnej interakcji między światłem słonecznym a cząstkami w naszej atmosferze. Ale jak wygląda to na innych planetach?
Na Marsie, na przykład, niebo jest raczej czerwonawe lub żółte. To dlatego, że w atmosferze Marsa znajduje się dużo pyłu, przez co rozprasza światło inaczej niż atmosfera Ziemi.
Z kolei Wenus ma bardzo gęstą atmosferę, co sprawia, że światło słoneczne nie może się przez nią łatwo przebić. Powoduje to, że na Wenus kolor nieba jest cały czas pomarańczowy, jak przy zachodzie czy wschodzie słońca na Ziemi.
Merkury – ale i też nasz Księżyc – mają tak słabą atmosferę, że światło słoneczne praktycznie nie ulega rozproszeniu. Przez co zamiast kolorowego nieba widać z nich kosmos taki jaki jest, czyli czarny.
Podsumowanie
Błękitny kolor nieba wynika z rozpraszania Rayleigha. Czyli procesu, w którym krótsze fale światła słonecznego są silniej rozpraszane przez atmosferę Ziemi. Nasze oczy są szczególnie wrażliwe na te fale, co sprawia, że niebo jest dla ludzi niebieskie.
W miarę przesuwania się Słońca na niebie kąt padania światła się zmienia, co prowadzi do zmiany kolorów nieba – od głębokiego błękitu w południe do ciepłych odcieni czerwieni podczas wschodu i zachodu słońca.