چرا آسمان آبی است؟

4.5/5 - (2 امتیاز)
این آسمان آبی بی‌نقص که با ابرها لکه‌دار شده است، نتیجه پراکندگی ریلی است. MANUEL BREVA COLMEIRO/MOMENT/GETTY IMAGES

"آسمان آبی، به من لبخند می‌زند / چیزی جز آسمان آبی نمی‌بینم..."

اگر تا به حال فکر کرده‌اید که چرا، مانند ایروینگ برلین، “هیچ چیزی جز آسمان آبی” را نمی‌بینید، شما در این فکر تنها نیستید.

احتمالاً همه ما زمانی در زندگیمان به بالا نگاه کرده‌ایم و از خود پرسیده‌ایم: ” چرا آسمان آبی است ؟ ” قرن‌ها طول کشید و بسیاری از افراد باهوش از جمله ارسطو، اسحاق نیوتن، توماس یانگ، جیمز کلرک ماکسول و هرمان فون هلمهولتز برای یافتن پاسخ این معما با آن مواجه شدند.

این به این دلیل است که راه حل این پرسش، بخش‌های بسیاری دارد و یک معادله چند مجهولی است که اجزای آن عبارتند از: رنگ‌های موجود در نور خورشید، زاویه‌ای که در آن نور خورشید در جو حرکت می‌کند، اندازه ذرات معلق در هوا و مولکول‌های اتمسفر و نحوه درک چشمان ما از رنگ.

تابش انرژی نور در جو زمین

صرف‌نظر از این معادله چند مجهولی، بیایید در نظر بگیریم که چرا آسمان آبی به نظر می‌رسد و با نگاه‌کردن به رنگ شروع کنیم.

از نقطه‌نظر فیزیک، رنگ یعنی طول موج‌های نور مرئی که از یک جسم خارج می‌شوند و به یک حسگر مانند چشم انسان برخورد می‌کنند. این طول موج‌ها ممکن است از یک منبع خارجی منعکس یا پراکنده شوند یا ممکن است از خود جسم خارج شوند.

رنگ یک جسم بسته به رنگ‌های موجود در منبع نور مرئی تغییر می‌کند. به عنوان مثال، رنگ قرمز، در زیر نور آبی، سیاه به نظر می‌رسد.

اسحاق نیوتن با یک منشور نشان داد که نور سفید خورشید حاوی تمام رنگ‌های طیف نور مرئی است، بنابراین همه رنگ‌ها در نور خورشید موجود هستند.

در مدرسه، بیشتر ما یاد گرفتیم که موز زرد به نظر می‌رسد چرا که نور زرد را منعکس می‌کند ولی تمام طول موج‌های دیگر را جذب می‌کند. با این حال، این پاسخ، دقیق نیست.

یک موز به همان اندازه نور زرد، نورهای نارنجی و قرمز را هم پراکنده می‌کند، و همچنین، همه رنگ‌های محدوده مرئی را کم و بیش پراکنده می‌کند. دلیل واقعی زرد به نظر رسیدن موز، به چگونگی حس چشم ما از نور مربوط می‌شود. با این حال، قبل از پرداختن به آن، بیایید ببینیم که آسمان در واقع چه رنگی است.

آسمان آبی: اندازه، محدودیت است

علمِ پشت آسمان آبی

مانند موز، اتم‌ها ، مولکول‌ها و ذرات موجود در جو نور را جذب و پراکنده می‌کنند. اگر آن‌ها این کار را نمی‌کردند، یا به عبارت دیگر، اگر زمین اتمسفر نداشت، ما خورشید را به عنوان ستاره‌ای بسیار درخشان در کنار سایر ستاره‌ها در یک آسمان که همیشه شب بود درک می‌کردیم. با این حال، همه طول موج‌ها در طیف نور مرئی به یک اندازه در اتمسفر زمین پراکنده نمی‌شوند.

در اتمسفر، طول موج‌های کوتاه‌تر و پرانرژی‌تر، در سمت انتهای بنفش طیف نور مرئی (یک سر طیف نور مرئی بنفش و سر دیگر آن قرمز است-مترجم)، بهتر از آن‌هایی که در سمت انتهای قرمز طیف نور مرئی که طولانی‌تر و کم‌انرژی‌تر هستند پراکنده می‌شوند. این تمایل طول موج‌های کوتاه‌تر به پراکنش بیشتر تا حدی به دلیل انرژی بالاتر آنها است که به آنها امکان می‌دهد بیشتر در اطراف رد و بدل شوند و البته تا حدی هم به دلیل هندسه ذراتی است که این طول موج‌ها با آنها در جو تعامل دارند.

در سال 1871، لرد ریلی (Lord Rayleigh) فرمولی را به دست آورد که اجزای ین برهمکنش‌ها را توصیف می‌کرد، و در آن ذرات اتمسفر بسیار کوچکتر از طول موج تابشی هستند که به آنها برخورد می‌کند.

مدل پراکندگی ریلی نشان داد که در چنین سیستم‌هایی، شدت نور پراکنده‌شده با توان چهارم طول موج آن رابطه عکس دارد. به عبارت دیگر، طول موج‌های کوتاه‌تر (مانند نور آبی و بنفش) زمانی که ذرات سازنده اتمسفر (مانند مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن) نسبتاً کوچک هستند، بسیار بیشتر از طول موج‌های بلند پراکنده می‌شوند. تحت این شرایط، نور پراکنده نیز تمایل دارد به طور مساوی در همه جهات پراکنده شود، به همین دلیل است که آسمان بسیار اشباع از رنگ به نظر می‌رسد.

 

درک انسان و رنگ آسمان

اگر آنقدر جسور و ناآگاه بودیم که مستقیم به خورشید نگاه کنیم، تمام طول موج‌ها را می‌دیدیم، چرا که نور خورشید مستقیماً به چشمان ما می‌رسید. به همین دلیل است که خورشید و اطراف آن سفید به نظر می‌رسند. ولی وقتی از محل خورشید دور می‌شویم، نور را بیشتر از طول موج‌های کوتاه‌تر و پراکنده مانند بنفش، نیلی و آبی می‌بینیم.

پس چرا آسمان به جای آبی روشن، بنفش نیست؟ پاسخ این سوال در ساختار چشم‌ انسان است. انسان‌ها رنگ را با استفاده از ساختارهایی به نام مخروط درک می‌کنند. شبکیه‌های چشمان شما هر کدام با حدود 5 میلیون مخروط، از سه نوع تشکیل شده‌اند که در دیدن رنگ‌های مختلف تخصص دارند. اگرچه هر نوع مخروط به طول موج‌های اوج خاصی حساس است، اما دامنه انواع مخروط با هم همپوشانی دارند. در نتیجه، طیف‌های مختلف و ترکیبات طیفی متنوع، با اینکه گوناگونی دارند، به عنوان یک رنگ واحد تشخیص داده می‌شوند. این بدین معنی است که بر خلاف حواس شنوایی ما که می‌تواند سازهای مجزا را در یک ارکستر تشخیص دهد، چشم و مغز ما ترکیبات خاصی از طول موج‌ها را به عنوان یک رنگ واحد تفسیر می‌کند. حس بینایی ما نور آبی-بنفش آسمان را مخلوطی از نور آبی و سفید تفسیر می‌کند و به همین دلیل است که آسمان آبی روشن‌تر است.

نوار غروب

رنگ آسمان می‌تواند بر اساس گرد و غبار، آلودگی و بخار آب که بر جذب و پراکندگی نور خورشید تأثیر متفاوتی می‌گذارد تغییر کند. به عنوان مثال، به نظر می‌رسد که آسمان مریخ به دلیل غبار دائمی گرد و غبار در جو آن، به رنگ زرد شکلاتی دیده می‌شود.

آسمان در هنگام غروب خورشید قرمز به نظر می‌رسد بیشتر به این خاطر که نور خورشید از جو بیشتری عبور می‌کند تا به چشم ما برسد. در این زمان، تا نور به چشم ما برسد، طول موج‌های کوتاه‌تر با پراکنده‌شدن از بین می‌روند، و تنها طول موج طولانی‌تر و رنگ های قرمزتر نور خورشید باقی می‌مانند.

منبع: howstuffworks.com

این مطلب را به اشتراک بگذارید:

اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها