پراکندگی نور خورشید به آسمان رنگ آبی می‌دهد
به گزارش خبرگزاری آنا؛ پاسخ را باید در رفتار نور هنگام عبور از جو زمین جست‌و‌جو کرد؛ لایه‌ای از گازها که گاهی آن را فضایی خالی تصور می‌کنیم، اما مولکول‌های فراوان آن در تعیین رنگی که از آسمان می‌بینیم نقش دارند.
نور سفید خورشید از چه رنگ‌هایی ساخته شده است؟
نور خورشید در نگاه نخست سفید به نظر می‌رسد، اما این نور ترکیبی از رنگ‌های گوناگون است. هر یک از این رنگ‌ها طول موج متفاوتی دارند؛ یعنی فاصله میان دو قله متوالی موج نور در آنها یکسان نیست. در طیف نور مرئی، قرمز طول موج بلندتری دارد و بنفش در سوی دیگر طیف، کوتاه‌ترین طول موج را به خود اختصاص می‌دهد. آبی نیز در محدوده طول موج‌های کوتاه قرار دارد.
برای درک بهتر موضوع، می‌توان به رنگ اجسام اطرافمان فکر کرد. چرا چمن سبز دیده می‌شود یا یک جعبه قرمز به چشم می‌آید؟ رنگی که مشاهده می‌کنیم، به نوری بستگی دارد که از سطح جسم بازتاب پیدا می‌کند و به چشم ما می‌رسد. بسیاری از طول موج‌های دیگر ممکن است جذب جسم شوند.
اما آسمان مانند یک جعبه رنگی نیست که نور را فقط از سطح خود بازتاب دهد. برای توضیح رنگ آن، باید ببینیم نور خورشید پس از ورود به جو زمین چه مسیری را طی می‌کند.
مولکول‌های هوا چگونه نور را پراکنده می‌کنند؟
جو زمین از گاز‌هایی مانند نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است. افزون بر این گازها، ذرات ریز گردوغبار و مواد دیگری نیز در هوا وجود دارند. هنگامی که نور خورشید وارد جو می‌شود، بخشی از آن با مولکول‌های گاز برهم‌کنش پیدا می‌کند و در جهت‌های مختلف پراکنده می‌شود. به این پدیده «پراکندگی نور» می‌گویند.
البته همه رنگ‌های نور به یک اندازه پراکنده نمی‌شوند. نور آبی و بنفش، به دلیل طول موج کوتاه‌تر، در برخورد با مولکول‌های کوچک گاز‌های جو بیشتر از نور قرمز پراکنده می‌شود. در نتیجه، نور آبی از جهت‌های مختلف آسمان به چشم ما می‌رسد؛ حتی وقتی مستقیما به خورشید نگاه نمی‌کنیم.
«رصدخانه هنگ‌کنگ» در توضیح این پدیده، به پژوهش‌های «لرد رایلی»، دانشمند انگلیسی قرن نوزدهم، اشاره می‌کند. این دانشمند نشان داد که میزان پراکندگی نور به طول موج آن وابسته است. در پدیده‌ای که «پراکندگی رایلی» نام دارد، شدت پراکندگی با توان چهارم طول موج نسبت وارونه دارد. به زبان ساده، هرچه طول موج کوتاه‌تر باشد، پراکندگی نور به‌مراتب بیشتر است.
برای نمونه، طول موج نور آبی حدود ۴۵۰ نانومتر و طول موج نور قرمز حدود ۶۰۰ نانومتر است. همین تفاوت باعث می‌شود نور آبی در جو زمین بیش از نور قرمز پراکنده شود. به همین علت، وقتی به بخش‌هایی از آسمان دور از خورشید نگاه می‌کنیم، نور پراکنده‌شده آبی سهم مهمی در رنگی دارد که می‌بینیم.
اگر بنفش بیشتر پراکنده می‌شود، چرا آسمان بنفش نیست؟
اینجا یک پرسش طبیعی مطرح می‌شود: اگر نور بنفش طول موج کوتاه‌تری از نور آبی دارد و حتی بیشتر پراکنده می‌شود، چرا آسمان بنفش دیده نمی‌شود؟
برای پاسخ، باید دو عامل را در نظر گرفت: میزان نوری که خورشید در طول موج‌های مختلف گسیل می‌کند و حساسیت چشم انسان به رنگ‌های گوناگون.
«سرویس هواشناسی ملی آمریکا» در مطلب آموزشی خود درباره رنگ آسمان توضیح می‌دهد که چشم انسان به نور آبی حساس‌تر از نور بنفش است. همچنین خورشید در محدوده آبی، در مقایسه با محدوده بنفش، انرژی بیشتری گسیل می‌کند. بنابراین، با وجود پراکندگی بیشتر نور بنفش، ترکیب نوری که به چشم ما می‌رسد باعث می‌شود آسمان عمدتا آبی دیده شود.
این موضوع یادآوری می‌کند که برای توضیح رنگ آسمان، تنها دانستن اینکه کدام طول موج بیشتر پراکنده می‌شود کافی نیست؛ باید نحوه دریافت نور به‌وسیله چشم انسان را نیز در نظر گرفت.
چرا آسمان نزدیک افق روشن‌تر است؟
اگر در یک روز صاف، آسمان بالای سر خود را با بخش نزدیک افق مقایسه کنید، معمولاً متوجه می‌شوید که آبی بالای سر پررنگ‌تر است و آسمان نزدیک افق به سفیدی می‌زند. دلیل این تفاوت را باید در مقدار هوایی جست‌و‌جو کرد که نور در مسیر رسیدن به چشم از آن عبور می‌کند.
رصدخانه هنگ‌کنگ توضیح می‌دهد که روشنایی آسمان به تعداد مولکول‌هایی بستگی دارد که در امتداد خط دید قرار دارند. هنگام نگاه کردن به افق، معمولاً حجم بیشتری از جو در مسیر دید قرار می‌گیرد. در همین حال، نور آبی پراکنده‌شده برای رسیدن به چشم ممکن است بار دیگر در جهت‌های دیگری پراکنده شود و بخشی از آن از مسیر دید ما خارج شود.
در نتیجه، رنگ آسمان نزدیک افق معمولا کم‌رنگ‌تر یا متمایل به سفید دیده می‌شود. در ارتفاعات بالاتر نیز ممکن است آسمان در جهت بالای سر آبی تیره‌تری داشته باشد؛ زیرا تعداد مولکول‌های هوا در مسیر نور کمتر است. سرویس هواشناسی ملی آمریکا حتی احتمال می‌دهد که آسمان در ارتفاعات بسیار زیاد، آبی تیره یا متمایل به بنفش دیده شود.
چرا غروب خورشید سرخ می‌شود؟
همین سازوکار به توضیح یکی دیگر از منظره‌های آشنای طبیعت کمک می‌کند: رنگ‌های سرخ، نارنجی و صورتی هنگام طلوع و غروب خورشید.
وقتی خورشید نزدیک افق است، نور آن برای رسیدن به ناظر باید مسیر طولانی‌تری را در جو طی کند. در این مسیر، بخش بیشتری از نور آبی و بنفش در جهت‌های دیگر پراکنده می‌شود و نور‌هایی با طول موج بلندتر، مانند قرمز و نارنجی، سهم بیشتری در نوری پیدا می‌کنند که مستقیما از جهت خورشید به چشم می‌رسد. به همین دلیل، خورشید و بخش‌هایی از آسمان اطراف آن ممکن است سرخ یا نارنجی دیده شوند.
ذرات معلق موجود در هوا، از جمله گردوغبار و ذرات آب، نیز می‌توانند بر پراکندگی نور و ظاهر آسمان اثر بگذارند. بر اساس توضیحات سرویس هواشناسی ملی آمریکا، افزایش ذرات موجود در جو پس از رویداد‌هایی مانند فوران‌های بزرگ آتشفشانی می‌تواند در شکل‌گیری طلوع‌ها و غروب‌های چشمگیر نقش داشته باشد. البته رنگ غروب در روز‌های مختلف یکسان نیست و به شرایط جو نیز بستگی دارد.
چرا آسمان فضا سیاه است؟
اگر رنگ آبی آسمان به پراکندگی نور در جو وابسته باشد، در جایی که جو زمین وجود ندارد چه اتفاقی می‌افتد؟ پاسخ را می‌توان در تصاویر فضانوردان و چشم‌انداز سطح ماه دید: آسمان در فضا و از سطح ماه، در نبود جو قابل‌توجه، سیاه دیده می‌شود؛ حتی اگر خورشید در حال تابش باشد.
در زمین، مولکول‌های هوا نور خورشید را در جهت‌های مختلف پراکنده می‌کنند و همین نور پراکنده‌شده آسمان را روشن می‌کند. اما در فضای تقریبا خالی، مولکول‌های کافی برای ایجاد چنین پراکندگی گسترده‌ای وجود ندارد. بنابراین، نور خورشید در مسیر خود حرکت می‌کند، اما آسمان اطراف آن مانند آسمان زمین روشن و آبی نمی‌شود.
در نهایت، آبی بودن آسمان نه به این معناست که جو زمین رنگ آبی دارد و نه حاصل بازتاب ساده رنگی از سطحی مشخص است. این منظره نتیجه پراکندگی نور خورشید در جو، تفاوت طول موج‌های نور و نحوه دریافت آنها به‌وسیله چشم انسان است؛ فرایندی که هر روز، حتی در ساده‌ترین نگاه به آسمان، پیش چشم ما اتفاق می‌افتد.
انتهای پیام/