چرا آسمان آبی است؟

این سؤال که چرا آسمان آبی است معمولاً توسط کودکان دو ساله ای که برای اولین بار رنگ ها را یاد می گیرند، پرسیده‌ می‌شود و در درجه دوم والدین کم اطلاع که باید به سؤالات کودکان دو ساله پاسخ دهند،این سوال را از خود میپرسند. بیشتر مردم فکر می‌کنند که یک نظر کلی در مورد علت رنگ آبی آسمان دارند: “اوه، این به دلیل ازن یا چیزی شبیه آن است، اینطور نیست؟” اما سوال به ظاهر ساده در واقع پاسخ پیچیده‌تری نسبت به اکثر باورها دارد. نکته: مطلقاً ربطی به ازن ندارد.

ازن چیست؟

ازن یا O3 مولکولی است که از 3 اتم اکسیژن به هم پیوند خورده است. بیشتر گاز (حدود 90٪) در استراتوسفر یافت می شود که از 10 تا 17 کیلومتر (6 تا 10 مایل) بالاتر از سطح زمین شروع می شود و تا 50 کیلومتر (30 مایل) امتداد می یابد. رنگ آبی مشخصی دارد، به همین دلیل است که بسیاری از مردم آن را علت اصلی آبی بودن آسمان می‌دانند. این در واقع نادرست است. در عوض، آبی بودن آسمان عمدتاً توسط دو گاز دیگر به وجود می‌آید که در جو زمین بسیار فراوان‌تر هستند، اکسیژن (O2) و نیتروژن (N2). هر دوی این مولکول‌ها بسیار کوچک‌تر از ازن هستند، که این یک واقعیت کلیدی است که باید برای بعد به خاطر بسپارید.

چرا آسمان آبی است؟

O2 و N2 فراوان ترین مولکول های موجود در هوایی هستند که ما تنفس می کنیم و هر کسی می تواند به شما بگوید که هوا آبی به نظر نمی رسد. اما آسمان به وضوح آبی است. این چه معنایی دارد؟ به دلیل ماهیت خود نور. بیشتر مردم می‌دانند که نوری که از خورشید می‌تابد در واقع از هفت رنگ مختلف تشکیل شده است که وقتی با هم ترکیب می‌شوند، سفید به نظر می‌رسند. ما این را به دلیل اجسامی مانند منشورها می دانیم که نور را می شکنند و آن را به رنگ های تشکیل دهنده اش تقسیم می کنند. این اصل اساسی در پس چگونگی تشکیل رنگین کمان است.

چیزی که بسیاری از مردم نمی دانند این است که رنگ های مختلف نور دارای طول موج های متفاوتی هستند. تصویر زیر نمایشی از طیف الکترومغناطیسی است. هر چه رنگ به سمت چپ تر باشد، طول موج کوتاه تر است. از آنجایی که نور قرمز طولانی‌ترین طول موج را دارد، نسبت به طول موج‌های کوتاه‌تر به مولکول‌های کوچک اکسیژن و نیتروژن برخورد می‌کند و در عوض بدون مانع از جو عبور می‌کند. با این حال، نور آبی به احتمال زیاد به مولکول های گاز برخورد کرده و پراکنده می شود. این پدیده به پراکندگی رایلی معروف است.

پراکندگی رایلی چیست؟

«رایلی» در واقع توسط جان ویلیام استرات نام گرفت. در سال 1871، او یک اثبات ریاضی را منتشر کرد که به جزئیات چگونگی پراکندگی طول موج های آبی نور در جو زمین 16 برابر بیشتر از طول موج های قرمز، پرداخت. اصل او پراکندگی رایلی نامیده می شود.

اگر نور قرمز راحت تر از جو عبور می کند، آیا آسمان نباید قرمز باشد؟

جواب منفی است. اگرچه ممکن است غیر شهودی به نظر برسد، اما چشم انسان طول موج هایی که توسط یک جسم خاص پراکنده یا جذب می شوند را تشخیص میدهد نه طول موج هایی که از آن عبور می کنند. طول موج‌های قرمز، سبز و زرد با هم ترکیب می‌شوند و ما آن را به عنوان نور خورشید می‌شناسیم. به این ترتیب، این واقعیت که نور آبی شانزده برابر بیشتر از نور قرمز پراکنده می شود به این معنی است که ما شانزده برابر بیشتر از رنگ قرمز در آسمان، آبی می بینیم.

اما نور بنفش طول موجی حتی کوتاهتر از نور آبی دارد. چرا آسمان بنفش نیست؟

چقدر شگفت‌انگیز است که یک روز صبح از خواب بیدار شویم و ببینیم آسمان ارغوانی شده است. متأسفانه ما انسان‌های ناتوانی هستیم و چشمانمان محدود است. رنگ های میانی در طیف نور بسیار راحت تر از رنگ های انتهایی توسط چشم انسان تشخیص داده می شوند. این بدان معنی است که اگرچه نور بنفش بیشتر از نور آبی پراکنده می شود، اما آسمان بنفش را نمی بینیم زیرا چشمان ما در دیدن آبی مهارت بیشتری دارند.

واقعیت جالب: زنبورها و پروانه ها میدان دید بیشتری به سمت انتهای بنفش طیف نور دارند و بنابراین به احتمال زیاد آسمان را بنفش می بینند! خوش شانس ها!

چه چیزی باعث می شود هنگام غروب خورشید آسمان قرمز دیده شود؟

همانطور که خورشید در آسمان پایین می آید، نور آن بیشتر از جو عبور می کند تا به شما برسد. حتی بیشتر از نور آبی پراکنده می شود و به رنگ های قرمز و زرد اجازه می دهد مستقیماً به چشمان شما منتقل شوند.

آسمان قرمز به نظر می رسد زیرا ذرات کوچک گرد و غبار، آلودگی یا سایر ذرات معلق در هوا نیز نور آبی را پراکنده می کنند و نور خالص قرمز و زرد بیشتری را برای عبور از جو باقی می گذارند.

آیا آسمان در سیارات دیگر هم آبی است؟

همه چیز به آنچه در جو است بستگی دارد! به عنوان مثال، مریخ دارای اتمسفر بسیار نازکی است که بیشتر از دی اکسید کربن ساخته شده و با ذرات ریز غبار پر شده است. این ذرات ریز نور را متفاوت از گازها و ذرات موجود در جو زمین پراکنده می کنند.

عکس‌های مریخ‌نوردها و فرودگرهای ناسا در مریخ به ما نشان داده‌اند که آسمان هنگام غروب خورشید در واقع برعکس چیزی است که شما روی زمین تجربه می‌کنید. در طول روز، آسمان مریخ رنگ نارنجی یا قرمزی به خود می گیرد. اما با غروب خورشید، آسمان اطراف خورشید شروع به رنگ آبی مایل به خاکستری می کند.

در مجموع

آسمان به دلیل ازن آبی نیست، بلکه به دلیل ذرات گازی کوچکتر است که طول موج های کوتاه نور را پراکنده می کنند و در عین حال به طول موج طولانی تر اجازه عبور می دهند. رنگ بنفش به شدت پراکنده می شود، اما چشمان ما آبی را با سهولت بیشتری تشخیص می دهند، به همین دلیل است که هر روز به جای گنبد یاسی، گنبدی لاجوردی را می بینیم که برای ما سقفی بی‌انتهاست. با این حال، اگر کودک دو ساله‌ای این سوال را از شما می‌پرسد، احتمالاً بهتر است از جوابی مثل این «چون که همینه» استفاده کنید و صبر کنید تا کمی بزرگ‌تر شود تا توضیح کاملی به او بدهید.

اگر از این مقاله علمی خوشتان آمد پس حتما از خواندن مقاله زیر لذت خواهید برد:)