Ástæðan fyrir því að himininn er blár
Blár himinn er dagleg sjón sem við tökum oft sem sjálfsagðan hlut. Hins vegar leynist á bak við þennan fallega bláa himin heillandi og nokkuð flókið eðlisfræðilegt fyrirbæri. Hvers vegna er himininn blár? Til að skilja þetta fyrirbæri þurfum við að kafa djúpt í grunnhugtök lofthjúpsins, ljósdreifingu og samspil sólarljóss og lofthjúps jarðar.
Sólarljós og litrófið
Sólarljós virðist hvítt í augum okkar, en það er í raun samsett úr mörgum litum sem sjást í ljósrófinu. Þetta litróf samanstendur af litum regnbogans: rauðum, appelsínugulum, gulum, grænum, bláum, indigó og fjólubláum. Hver litur í litrófinu hefur mismunandi bylgjulengd, frá um 700 nanómetrum fyrir rautt til um 400 nanómetra fyrir fjólublátt.
Þegar sólarljós kemst inn í lofthjúp jarðar hefur það samskipti við örsmáar sameindir og agnir í lofthjúpnum. Þetta fyrirbæri veldur því að litur himinsins breytist eftir tíma dags og aðstæðum. Rayleigh-dreifing er lykillinn að því að skilja hvers vegna himininn virðist yfirleitt blár.
Rayleigh-dreifing
Rayleigh-dreifing er fyrirbæri þar sem ljós dreifist af ögnum sem eru mun minni en bylgjulengd ljóssins sjálfs. Áhrifin eru nefnd eftir baróninum John William Strutt, betur þekktur sem Lord Rayleigh, enskum eðlisfræðingi sem fyrst útskýrði fyrirbærið seint á 19. öld.
Í Rayleigh-dreifingu er styrkleiki dreifða ljóssins í öfugu hlutfalli við fjórða veldi bylgjulengdar ljóssins. Þetta þýðir að ljós með styttri bylgjulengdum (eins og bláu og fjólubláu) dreifist meira en ljós með lengri bylgjulengdum (eins og rauðu og appelsínugulu).
Þótt fjólublátt ljós dreifist meira en blátt ljós, þá er mannsaugað næmara fyrir bláu og grænu ljósi. Þess vegna, jafnvel þótt meira fjólublátt ljós dreifist um himininn, þá virðist himininn blár fyrir okkur.
Lofthjúpur jarðar
Lofthjúpur jarðar er samsettur úr ýmsum lofttegundum, þar á meðal köfnunarefni (um 78%) og súrefni (um 21%). Hann inniheldur einnig argon, koltvísýring, neon og nokkrar aðrar lofttegundir í minna magni. Þessar agnir gegna hlutverki í ljósdreifingu.
Þegar sólarljós kemst inn í andrúmsloftið dreifast stuttar bylgjulengdir þess í allar áttir af gassameindum. Blátt ljós, með styttri bylgjulengd, dreifist skilvirkari en rautt ljós, með lengri bylgjulengd. Þess vegna, þegar við horfum upp í himininn, sjáum við himininn dreifðan með bláu ljósi úr öllum áttum.
Hins vegar, þegar sólin er við sjóndeildarhringinn, eins og við sólarupprás eða sólsetur, verður ljós hennar að fara í gegnum þykkara lag lofthjúpsins. Blátt ljós dreifist fyrr í allar áttir og nær ekki til augna okkar. Aftur á móti dreifist ljós með lengri bylgjulengdum, eins og rauðu og appelsínugulu, ekki eins ákaft og blátt ljós og nær til augna okkar, þannig að við sjáum sólina sem appelsínugula eða rauða.
Mengun og áhrif hennar á lit himinsins
Auk náttúrulegra loftkenndra agna í andrúmsloftinu geta ýmis mengunarefni einnig haft áhrif á lit himinsins. Mengunarefni eins og reykur, ryk og úðaagnir geta valdið Mie-dreifingu, sem er frábrugðin Rayleigh-dreifingu þar sem hún felur í sér agnir sem eru sambærilegar að stærð við bylgjulengd hins dreifða ljóss.
Dreifing Mie hefur ekki sterka bylgjulengdarháðni, þannig að allir litir dreifast nokkurn veginn jafnt. Þetta getur gert himininn hvítan eða gráan. Í borgum með mikla loftmengun sjáum við oft himininn daufari og minna bláan en á hreinni dreifbýlissvæðum.
Að auki getur loftmengun einnig valdið öðrum fyrirbærum eins og súru regni og ljósefnafræðilegum smog, sem hafa ekki aðeins áhrif á lit himinsins heldur einnig loftgæði og heilsu manna.
Árstíðabundnar breytingar og landfræðileg staðsetning
Árstíðabundnar breytingar hafa einnig áhrif á lit himinsins. Á sumrin er loftið yfirleitt hreinna og þurrara, sem gerir Rayleigh-dreifingu áhrifaríkari og himininn bjartari blár. Á sama tíma, á rigningar- eða vetrartímum, skyggja mikill raki og ský oft á himininn, sem gerir hann aðeins daufari eða gráari.
Landfræðileg staðsetning hefur einnig áhrif á lit himinsins. Á heimskautasvæðunum gera sterkir vindar og hreint loft það oft að verkum að heimskautahimininn virðist mjög blár og tær. Aftur á móti, á svæðum nálægt miðbaug, getur himininn virst hvítari eða gráari vegna mikils raka og tíðrar skýjamyndunar.
Niðurstaða
Himininn sem við sjáum á hverjum degi virðist blár vegna Rayleigh-dreifingar, sem er eðlisfræðilegt fyrirbæri þar sem ljós með styttri bylgjulengdum, eins og bláu, dreifist meira af smáum ögnum í andrúmsloftinu. Augun okkar eru næmari fyrir bláu ljósi en fjólubláu ljósi, þannig að himininn virðist blár þó að fjólublátt ljós dreifist einnig meira.
Auk þess gegna ýmsir aðrir þættir eins og loftmengun, árstíðir og landfræðileg staðsetning einnig hlutverki í að ákvarða lit himinsins. Með því að skilja þessi fyrirbæri getum við betur metið hina sýnilegu einföldu en ótrúlega flóknu fegurð náttúrunnar.
Þegar þú horfir á bláan himininn á björtum degi skaltu muna að það er heillandi vísindi á bak við þessa sýnilegu fegurð. Alheimurinn er fullur af leyndardómum og blái himinninn er bara eitt af mörgum fyrirbærum sem bíða þess að vera rannsökuð og skilin.
