מדוע השמיים כחולים - קשה מאוד למצוא את התשובה לשאלה כה פשוטה. הפיתרון הטוב ביותר לבעיה הוצע לפני כמאה שנה על ידי הפיזיקאי האנגלי לורד ג'ון ריילי.

אבל בואו נתחיל שוב. אז צבע השמיים צריך להיות זהה, אבל הוא עדיין כחול. מה קורה לאור לבן באטמוספירה של כדור הארץ?

צבע השמש

הצבע האמיתי של קרני השמש הוא לבן. אור לבן הוא תערובת של קרניים צבעוניות. בעזרת מנסרה אנו יכולים ליצור קשת בענן. הפריזמה מפצלת קרן לבנה לפסים צבעוניים: אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול, כחול וסגול. בשילוב יחד, קרניים אלה יוצרות אור לבן. ניתן להניח שאור השמש מתחלק לראשונה לרכיבים צבעוניים. ואז קורה משהו, ורק הקרניים הכחולות מגיעות אל פני כדור הארץ.

השערות שהועלו בזמנים שונים

יש כמה הסברים אפשריים. האוויר המקיף את כדור הארץ הוא תערובת של גזים: חנקן, חמצן, ארגון ואחרים. באטמוספירה עדיין יש אדי מים וגבישים קרח. אבק וחלקיקים קטנים אחרים מושעים באוויר. באטמוספירה העליונה שכבת אוזון. יכול להיות שזו הסיבה?

חלק מהמדענים האמינו כי מולקולות אוזון ומים סופגות קרניים אדומות ומשדרות כחולות. אבל התברר שפשוט אין מספיק אוזון ומים באטמוספירה בכדי להפוך את השמיים לכחולים.

בשנת 1869 הציע האנגלי ג'ון טינדל כי אבק וחלקיקים אחרים יפזרו אור.אור כחול מפוזר במעט ביותר ועובר דרך שכבות של חלקיקים כאלה ומגיעים אל פני כדור הארץ. במעבדתו הוא יצר דגם ערפיח והצית אותו בקורה לבנה בהירה. הערפיח הפך לכחול עמוק.

טינדאל החליט שאם האוויר יהיה נקי לחלוטין, שום דבר לא יפזר את האור, ונוכל להתפעל מהשמיים הלבנים הבהירים. לורד ריילי תמך גם ברעיון זה, אך לא לאורך זמן. בשנת 1899 הוא פרסם את ההסבר שלו: זה אוויר, לא אבק או עשן, שצבעים את השמים בכחול.

הקשר של צבע ואורך גל

חלק מקרני השמש עובר בין מולקולות הגז, מבלי להתנגש בהן, וללא שינויים מגיע לפני השטח של כדור הארץ. האחר, רובו, נספג על ידי מולקולות גז. כאשר פוטונים נקלטים, מולקולות נרגשות, כלומר טעונות באנרגיה ואז שוב פולטות אותן בצורת פוטונים. לפוטונים המשניים הללו אורכי גל שונים ויכולים להיות בכל צבע - מאדום לסגול.

הם מתפזרים לכל הכיוונים: לכדור הארץ, ולשמש, ולצדדים. לורד ריילי הציע כי צבע הקרן הנפלטת תלוי בשלטון הקוונטה של ​​צבע זה או אחר בקרן. כאשר מולקולת גז מתנגשת עם פוטונים של אור שמש, לקוונטום משני כחול אחד יש שמונה קוונטות כחולות.

מהי התוצאה? אור כחול אינטנסיבי שופך עלינו ממש מכל הצדדים ממיליארדי מולקולות של גזים אטמוספריים. פוטונים בצבעים אחרים מעורבבים עם האור הזה, כך שאין לו גוון כחול טהור.

מדוע השמים כחולים - התשובה

לפני שהם מגיעים אל פני האדמה, שם אנשים יכולים להרהר בה, על אור השמש לעבור בכל מעטפת האוויר של כדור הארץ. לאור יש ספקטרום רחב, בו צבעי הקשת והגוונים הבסיסיים עדיין בולטים. מספקטרום זה, לאדום יש גל האור הארוך ביותר, ואילו סגול הוא הקצר ביותר. עם השקיעה הדיסק הסולרי מסמיק במהירות וממהר להתקרב לאופק.

במקרה זה, האור צריך להתגבר על עובי אוויר הולך וגובר והולך, וחלק מהגלים הולך לאיבוד. סגול ראשון נעלם, אחר כך כחול, ציאן. הגלים האדומים הארוכים ביותר ממשיכים לחדור אל פני כדור הארץ עד האחרון, ולכן לדיסק השמש ולהילה סביבו עד לרגעים האחרונים יש גוונים אדמדמים.

מה משתנה בערב?

קרוב יותר לשקיעה, השמש ממהרת לאופק, ככל שהיא נופלת, כך מתקרב הערב מהר יותר. ברגעים כאלה, השכבה האטמוספרית המפרידה בין אור השמש המקורי למשטח האדמה מתחילה להתגבר בחדות בגלל זווית הנטייה. בשלב מסוים, השכבה הצפופה מפסיקה להעביר גלי אור אחרים מלבד האדומים, ובאותו הרגע השמיים נצבעים בצבע זה. כחול כבר לא נוכח, הוא נספג כשהוא עובר באווירה.

עובדה מעניינת: עם השקיעה, השמש והשמיים עוברים מכלל גוונים שלם - כאשר אחד או אחר מהם מפסיק לעבור באווירה. ניתן לראות אותו דבר בזמן הזריחה, הסיבות לשתי התופעות זהות.

מה קורה כשהשמש עולה?

עם הזריחה קרני השמש עוברות את אותו התהליך, אך בסדר הפוך. כלומר, ראשית הקרניים הראשונות פורצות את האטמוספרה בזווית חזקה, רק הספקטרום האדום מגיע לפני השטח. לכן זריחת השמש מבהיקה בתחילה באדום. ואז, עם התחלפות הזריחה והזווית, גלים של צבעים אחרים מתחילים לעבור - השמים הופכים לכתומים, ואז הם הופכים לכחולים בדרך כלל. כחול יום כחול עמוק של השמים נצפה, ואז, בערב, הוא מתחיל שוב לפנות לסגול. בצד אחד של השמיים, הרחק מהשמש, נצפה גוון כחול-שחור, אך ככל שמתקרבים לשמש השוקעת, ניתן לראות גוונים אדומים יותר בסמוך לאופק עד שהשמש נעלמת לחלוטין.

תופעות צבע כאלה נצפות בכל מקום. השמש הופכת לאדומה, וכך גם אזורים בשמיים הקרובים לה, הן בקו המשווה והן בקטבים. ניתן לראות תופעה זו בכל רחבי כדור הארץ. לפעמים לשקיעות או לעלות שקיעה יש גוונים אדומים רוויים יותר, זה נובע ממצב האווירה, נוכחות אירוסולים או מתלים בה. במקרים אחרים, הצבע אינו כה בולט, מתון יותר. ישנם שלטים עממיים המאפשרים לך לקבוע את מזג האוויר למחרת לפי גווני השקיעה - אנשים למדו כיצד לנתח צבעים ולחזות את מצב האווירה מהם ברמת דיוק גבוהה יותר או פחות.

לפיכך, הצבע האדום של השקיעה נובע מהעובדה שבזווית גדולה דרך האטמוספרה, רק הצבעים האדומים של ספקטרום השמש פורצים, בעלי אורך הגל הארוך ביותר. הצבע האדום של הזריחה קשור לאותו גורם.בשאר היום השמים הם כחולים, שכן גוון זה מסוגל להטביע את הספקטרום האחר, בעל היכולת הגדולה ביותר להתפזר.