يكون لون السماء أزرق في النهار لأن الجزيئات الموجودة في الهواء تبعثر الضوء الأزرق من الشمس أكثر مما تبعثر الضوء الأحمر.
عندما ننظر نحو الشمس عند غروب الشمس، نرى ألوانًا حمراء وبرتقالية لأن الضوء الأزرق قد تبعثر بعيدًا عن خط البصر. الضوء الأبيض من الشمس هو مزيج من كل ألوان قوس قزح.
تم توضيح ذلك من قبل إسحاق نيوتن، الذي استخدم المنشور لفصل الألوان المختلفة وبالتالي تكوين طيف.
تتميز ألوان الضوء باختلاف أطوالها الموجية. يتراوح الجزء المرئي من الطيف من الضوء الأحمر بطول موجي حوالي 720 نانومتر، إلى البنفسجي بطول موجي يبلغ حوالي 380 نانومتر، ويتوسطه اللون البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي.
تستجيب الأنواع الثلاثة المختلفة من مستقبلات الألوان في شبكية العين البشرية بشدة للأطوال الموجية باللون الأحمر والأخضر والأزرق، مما يمنحنا رؤية الألوان.
تأثير تيندال.
اتخذ جون تيندال الخطوات الأولى نحو شرح لماذا يكون لون السماء أزرق في النهار بشكل صحيح في عام 1859. واكتشف أنه عندما يمر الضوء عبر سائل صافٍ يحمل جزيئات صغيرة معلقة، فإن الأطوال الموجية الزرقاء الأقصر تنتشر بقوة أكبر من الأحمر.
يمكن إثبات ذلك من خلال تسليط شعاع من الضوء الأبيض عبر خزان من الماء مع القليل من الحليب أو الصابون المخلوط.
من الجانب، يمكن رؤية الشعاع من خلال الضوء الأزرق الذي ينثره؛ لكن الضوء الذي يُرى مباشرة من النهاية يتحول إلى احمرار بعد مروره عبر الخزان.
يمكن أيضًا إظهار الضوء المتناثر على أنه مستقطب باستخدام مرشح للضوء المستقطب. تمامًا كما تظهر السماء بلون أزرق أعمق من خلال نظارات شمسية معالجة.
يُطلق على هذا بشكل صحيح اسم تأثير تيندال، ولكنه معروف أكثر لدى علماء الفيزياء باسم تشتت رايلي – بعد اللورد رايلي، الذي درسه بمزيد من التفصيل بعد بضع سنوات.
أظهر أن كمية الضوء المنتشر تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة من الطول الموجي للجسيمات الصغيرة بما فيه الكفاية. ويترتب على ذلك أن الضوء الأزرق مشتت أكثر من الضوء الأحمر بمعامل (700/400) 4 ~ = 10.
إقرأ أيضاً… لماذا يبدو لون السماء أزرق؟ ولماذا يكون أحمراً وقت الغروب؟
الغبار أم الجزيئات؟
اعتقد تيندال ورايلي أن اللون الأزرق للسماء يجب أن يكون بسبب جزيئات صغيرة من الغبار وقطرات من بخار الماء في الغلاف الجوي.
حتى اليوم، يقول الناس أحيانًا بشكل غير صحيح أن هذا هو الحال. أدرك العلماء لاحقًا أنه إذا كان هذا صحيحًا، فسيكون هناك تباين في لون السماء مع ظروف الرطوبة أو الضباب أكثر مما لوحظ بالفعل. لذلك افترضوا بشكل صحيح أن جزيئات الأكسجين والنيتروجين في الهواء كافية لتفسير التشتت.
تمت تسوية القضية أخيرًا بواسطة أينشتاين في عام 1911، الذي قام بحساب الصيغة التفصيلية لتشتت الضوء من الجزيئات؛ ووجد أن هذا يتفق مع التجربة.
حتى أنه كان قادرًا على استخدام الحساب كتحقق إضافي من رقم Avogadro عند مقارنته بالملاحظة. الجزيئات قادرة على تشتيت الضوء لأن المجال الكهرومغناطيسي لموجات الضوء يستحث لحظات ثنائي القطب الكهربائي في الجزيئات.
لماذا ليس البنفسجي؟
إذا كانت الأطوال الموجية الأقصر مبعثرة بشدة، فهناك لغز لماذا لا تظهر السماء بنفسجية، اللون الذي له أقصر طول موجي مرئي.
إن طيف انبعاث الضوء من الشمس ليس ثابتًا على جميع الأطوال الموجية، بالإضافة إلى أنه يمتص من قبل الغلاف الجوي العالي. لذلك هناك القليل من اللون البنفسجي في الضوء.
كما أن أعيننا أقل حساسية للبنفسج. هذا جزء من الجواب. ومع ذلك، يظهر قوس قزح أنه لا يزال هناك قدر كبير من الضوء المرئي الملون باللون النيلي والبنفسجي وراء اللون الأزرق.
تكمن بقية الإجابة على هذا اللغز في الطريقة التي تعمل بها رؤيتنا. لدينا ثلاثة أنواع من مستقبلات الألوان، أو المخاريط، في شبكية العين.
يطلق عليها الأحمر والأزرق والأخضر لأنها تستجيب بشدة للضوء عند تلك الأطوال الموجية. نظرًا لتحفيزها بنسب مختلفة، يقوم نظامنا البصري ببناء الألوان التي نراها.
عندما ننظر إلى السماء، تستجيب المخاريط الحمراء للكمية الصغيرة من الضوء الأحمر المتناثر، ولكنها تستجيب أيضًا بشكل أقل للأطوال الموجية البرتقالية والأصفر.
تستجيب المخاريط الخضراء إلى اللون الأصفر والأطوال الموجية الأكثر تناثرًا باللون الأخضر والأخضر والأزرق. يتم تحفيز المخاريط الزرقاء بواسطة الألوان القريبة من الأطوال الموجية الزرقاء، والتي تكون مبعثرة بشدة.
إذا لم يكن هناك نيلي وبنفسجي في الطيف، فستظهر السماء زرقاء مع مسحة خضراء خفيفة. لكن الأطوال الموجية الأكثر تناثرًا من النيلي والبنفسجي تحفز المخاريط الحمراء قليلاً بالإضافة إلى اللون الأزرق. وهذا هو سبب ظهور هذه الألوان باللون الأزرق مع مسحة حمراء مضافة.
التأثير النهائي هو أن المخاريط الحمراء والخضراء يتم تحفيزها بالتساوي تقريبًا بواسطة الضوء القادم من السماء، بينما يتم تحفيز اللون الأزرق بقوة أكبر.
هذا المزيج يمثل لون أزرق سماوي شاحب. قد لا يكون من قبيل المصادفة أن يتم تعديل رؤيتنا لرؤية السماء كظل نقي. لقد تطورنا لنتناسب مع بيئتنا. والقدرة على فصل الألوان الطبيعية بشكل أوضح هي ميزة البقاء على قيد الحياة.
إقرأ أيضاً… ما هي كمية المياه الموجودة على الأرض؟
غروب الشمس.
عندما يكون الهواء صافياً، سيظهر غروب الشمس باللون الأصفر. لأن ضوء الشمس قد تجاوز مسافة طويلة في الهواء وتشتت بعض الضوء الأزرق.
إذا كان الهواء ملوثًا بجزيئات صغيرة، طبيعية أو غير ذلك، فسيكون غروب الشمس أكثر احمرارًا. قد يكون لون غروب الشمس فوق البحر برتقاليًا أيضًا، بسبب جزيئات الملح في الهواء، والتي تعتبر نثر فعال لتيندال.
تُرى السماء حول الشمس محمرة، وكذلك الضوء القادم من الشمس مباشرة. وذلك لأن كل الضوء يتشتت بشكل جيد نسبيًا من خلال زوايا صغيرة – ولكن من المرجح أن يتشتت الضوء الأزرق مرتين أو أكثر على مسافات أكبر. تاركًا الألوان الصفراء والحمراء والبرتقالية.
