Dlaczego niebo jest niebieskie?

Skoro Słońce jest żółte a kosmos czarny, to dlaczego niebo jest niebieskie za dnia? Czy to kwestia zanieczyszczenia powietrza? I dlaczego chmury nie są niebieskie tylko białe?

Światło docierające do Ziemi ze Słońca zawiera całe widmo widzialne, a więc różne długości fal o różnych barwach. Gdy światło trafia do atmosfery jest rozpraszane przez cząsteczki powietrza, wody i zanieczyszczenia.

Poziom zaawansowany

Co to znaczy? Rozpraszanie polega na odchylaniu biegu promienia światła w ośrodku optycznym. Padające fotony pobudzają do drgań cząstki ośrodka optycznego obdarzone ładunkiem elektrycznym (elektrony w atomach). Pobudzone atomy wypromieniowują energię pobudzenia jako nową falę elektromagnetyczną, jednak o takiej samej częstotliwości i to w różnych kierunkach (kierunek zależy od orientacji dipola elektrycznego).

Gdy mamy do czynienia z niejednorodnościami ośrodka optycznego znacznie mniejszymi od długości fali światła (a tak jest w przypadku cząsteczek powietrza) zachodzi tak zwane rozpraszanie Rayleigha. Intensywność promieniowania światła w tym rozpraszaniu, które dociera do obserwatora jest proporcjonalne do czwartej potęgi jego długości fali. Ta bardzo silna zależność intensywności rozpraszania od długości fali oznacza, że światło niebieskie jest rozpraszane dużo bardziej niż światło czerwone.

W rezultacie rozproszone przez cząsteczki powietrza światło niebieskie dociera do nas praktycznie ze wszystkich stron nieba, podczas gdy inne długości fal rozchodzą się głównie z kierunku obserwator-Słońce.

Z tego samego powodu zachody Słońca są czerwone. Gdy Słońce leży nisko nad horyzontem, jego promienie pokonują dużo dłuższą niż w południe drogę w atmosferze i tracą znaczną część światła niebieskiego i w efekcie dociera do obserwatora więcej światła o niskich częstościach (tj. światła czerwonego).

A co z chmurami? Kropelki wody lub kryształki lodu w chmurach mają zazwyczaj rozmiary większe niż długość fali. Takie cząstki rozpraszają mniej więcej jednakowo wszystkie składowe promieniowania widzialnego, więc obłoki wydają się mieć kolor padającego światła.

Reasumując, to światło niebieskie jest najsilniej rozpraszane w ziemskiej atmosferze i dociera do oka obserwatora zewsząd, zaś inne długości fal docierają do obserwatora głównie od strony źródła światła, czyli Słońca.

Ostatnio opublikowane w Pytajniku

Kakaowiec i pokarm bogów

Czekolada jest jednym z najbardziej cennych wyrobów cukierniczych. Gdyby nie nasiona kakaowca, nie moglibyśmy zaznawać przyjemności smakowania czekolady.

Dlaczego gwiazdy zataczają okręgi wokół Gwiazdy Polarnej?

Dlaczego na zdjęciach nieba nocnego z długim czasem naświetlania gwiazdy wydają się krążyć wokół Gwiazdy Polarnej?

Czy można spowolnić fotony?

Fotony są składnikiem światła. Wiemy że poruszają się ze stałą prędkością światła, która jest uniwersalną stałą fizyczną. Czy istnieje możliwość spowolnienia fotonów?

Zobacz więcej

Przeglądaj wszystkie artykuły dotyczące ciekawostek ze świata nauki.

Zobacz też

Optyka

Optyka to nauka o świetle i jego oddziaływaniu z materią, obejmująca swoim obszarem zainteresowań światło widzialne, nadfiolet, miękkie promienie rentgenowskie, podczerwień i fale radiowe do około milimetra długości.