Dlaczego niebo jest niebieskie?
Wielu amatorów astronomii, fotografów i po prostu ciekawskich zastanawia się, co sprawia, że niebo przybiera barwę niebieską. Odpowiedzi na to pytanie szukamy w naturze, fizyce i optyce atmosfery. Poniższy tekst ma formę pytań i odpowiedzi, co ułatwi zrozumienie poszczególnych zagadnień. Dzięki przejrzystemu podziałowi każdy czytelnik może szybko odnaleźć interesujący go fragment i dowiedzieć się, jak światło i cząsteczki w powietrzu tworzą codziennie znany nam widok.
Mechanizm rozpraszania światła
Co to jest rozpraszanie Rayleigha?
Rozpraszanie Rayleigha to proces, w którym fotony promieniowania słonecznego odbijają się od bardzo małych cząsteczek znajdujących się w atmosferze ziemskiej. Cząsteczki tlenu i azotu mają rozmiary znacznie mniejsze niż długość fali światła. Zgodnie z prawami fizyki, fale o krótszej długości (kolor niebieski i fioletowy) są rozpraszane bardziej intensywnie niż te o dłuższych falach (czerwony i pomarańczowy).
Jak działa rozpraszanie na cząsteczkach powietrza?
Gdy światło słoneczne wchodzi w atmosferę, jego promienie napotykają rozmaite przeszkody: cząsteczki gazów, krople wody czy pył. Pod wpływem tych zderzeń fotony zmieniają kierunek i rozszczepiają się na wszystkie kolory widma. W wyniku tego zaburzenia najwięcej światła niebieskiego ulega rozproszeniu. Dzięki temu z każdego kierunku na niebie dociera do nas rozproszone, niebieskie światło, co w optycznym odbiorze nadaje mu charakterystyczną barwę.
- Intensywność rozpraszania ∼ 1/λ4 (λ – długość fali)
- Kolory krótkofalowe (niebieski, fioletowy) ulegają silniejszemu rozpraszaniu
- Kolory długofalowe (czerwony, pomarańczowy) przechodzą przez atmosferę z mniejszym rozproszeniem
Znaczenie długości fali i koloru
Dlaczego niebo jest niebieskie, a nie fioletowe?
Mimo że fale o długości bliskiej fioletowi są rozpraszane nawet bardziej niż niebieskie, to jednak oko ludzkie jest bardziej czułe na barwy niebieskie. Ponadto w widmie słonecznym udział światła fioletowego jest mniejszy niż niebieskiego. W rezultacie widzimy niebo głównie w odcieniach niebieskiego.
Dlaczego zachody słońca są czerwone?
Podczas wschodu i zachodu słońca promienie przebywają znacznie dłuższą drogę przez warstwy atmosfery. W tym czasie silnie rozprasza się większość krótkofalowych barw, pozostawiając w głównym kierunku obserwatora fale długofalowe, czyli czerwone, pomarańczowe i żółte. To dlatego zachody i wschody słońca malują niebo ciepłymi kolorami.
- Krótka droga – dominują odcienie niebieskiego
- Długa droga – dominują barwy czerwono-pomarańczowe
- Efekty atmosferyczne mogą wzmacniać lub zmniejszać intensywność kolorów
Inne czynniki wpływające na barwę nieba
Jak zanieczyszczenia i cząstki pyłu wpływają na kolor?
W miastach i rejonach przemysłowych stężenie zanieczyszczenia powietrza jest wyższe. Drobne cząstki sadzy, pyłu lub aerozoli powodują dodatkowe rozpraszanie i absorpcję promieniowania. Efektem może być przyciemnienie barwy nieba, szarobiały odcień lub nawet niespodziewane pastelowe kolory przy wschodzie i zachodzie słońca.
Dlaczego czasem niebo wydaje się szare lub różowe?
Szary kolor nieba najczęściej obserwujemy przy pochmurnej pogodzie, gdy światło słoneczne rozprasza się na dużych kroplach chmurowych, a nie na drobnych cząsteczkach gazów. Różowy odcień pojawia się natomiast przy bardzo czystym powietrzu lub przy specyficznym kącie padania promieni słonecznych, kiedy część widma jest filtrowana, a reszta dociera do obserwatora jako delikatny róż.
Odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania
Czy inne planety też mają niebieskie niebo?
Barwa nieba na innych planetach zależy od składu ich atmosfery. Na Marsie dominuje rudy kolor pyłu, co nadaje niebu czerwonawy odcień. Wenus ma gęstą chmurę kwasu siarkowego, co powoduje żółtobiałą poświatę. Tylko na Ziemi, ze względu na specyficzny skład powietrza, cieszymy się pięknym, niebieskim niebem.
Jak zmieniłoby się niebo, gdyby atmosfera była inna?
Gdyby zamiast tlenu i azotu atmosfera składała się z cząsteczek o innych rozmiarach i właściwościach optycznych, sposób rozpraszania fali świetlnych uległby zmianie. Być może przybieralibyśmy inne kolory – w skrajnych warunkach niebo mogłoby być na przykład zielone lub fioletowe.
