რატომ არის ცა ლურჯი: ასტრონომიული ახსნა
ცისფერი ცა ერთ-ერთი ბუნებრივი სილამაზეა, რომლითაც ყოველდღიურად ვტკბებით. თუმცა, ოდესმე დაფიქრებულხართ, რატომ არის ცა ლურჯი? ეს კითხვა შეიძლება მარტივად მოგეჩვენოთ, მაგრამ სამეცნიერო პასუხი საკმაოდ ღრმა ფიზიკის კონცეფციებს მოიცავს. ამ სტატიაში ჩვენ განვიხილავთ ამ ფენომენის რამდენიმე ასტრონომიულ ახსნას და გავიგებთ, თუ რა ხდება სინამდვილეში დედამიწის ატმოსფეროში, რის გამოც ცა ლურჯად გამოიყურება.
სინათლისა და სინათლის გავრცელების ძირითადი პრინციპები
იმის გასაგებად, თუ რატომ არის ცა ლურჯი, ჯერ უნდა გავიგოთ სინათლის შესახებ რამდენიმე ძირითადი პრინციპი. სინათლე მრავალი განსხვავებული ტალღის სიგრძისაა, რომელთაგან თითოეული განსაზღვრავს კონკრეტულ ფერს. მზის თეთრი სინათლე სინამდვილეში შედგება სხვადასხვა ფერის სპექტრისგან, რომლებიც შერწყმისას ჩვენი თვალისთვის თეთრად ჩანს. ეს ჩანს ცისარტყელაში, რომელიც ჩნდება მაშინ, როდესაც მზის სინათლე ატმოსფეროში წყლის წვეთებით არის გამოყოფილი.
სინათლის ფიზიკის ერთ-ერთი ფუნდამენტური პრინციპია ფენომენი, რომელიც გაფანტვას ეწოდება. სინათლის გაფანტვა ხდება მაშინ, როდესაც სინათლის ტალღები ატმოსფეროში არსებულ პაწაწინა ნაწილაკებს ეჯახება, როგორიცაა გაზის მოლეკულები და მტვრის ნაწილაკები. ეს გაფანტვა შეიძლება რამდენიმე ფორმით მოხდეს, მაგრამ ლურჯი ცის კონტექსტში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი რელეის გაფანტვაა.
რელეის გაფანტვა
ჯონ უილიამ სტრატი, უფრო ცნობილი როგორც ლორდ რეილი, იყო მეცნიერი, რომელმაც პირველმა შემოგვთავაზა მათემატიკური ახსნა სინათლის პაწაწინა ნაწილაკებით გაბნევისთვის. ამ ფენომენს ამჟამად რეილის გაბნევა ეწოდება. რეილის გაბნევა ხსნის, თუ როგორ განიცდის სინათლე განსხვავებულ გაბნევას მისი ტალღის სიგრძის მიხედვით. რეილის გაბნევა უფრო ეფექტურია უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეებისთვის, როგორიცაა ლურჯი და იისფერი, ვიდრე უფრო გრძელი ტალღის სიგრძეებისთვის, როგორიცაა წითელი და ყვითელი.
რადგან დედამიწის ატმოსფეროში არსებული გაზის მოლეკულები (განსაკუთრებით აზოტი და ჟანგბადი) უფრო ეფექტურად აფანატებენ ლურჯ სინათლეს, ეს ფერი უფრო დომინანტური ხდება დღის განმავლობაში, როდესაც მზის პირდაპირი სხივები ჩვენს ატმოსფეროში აღწევს. ეს დიდწილად პასუხობს კითხვას, თუ რატომ ჩანს ცა ლურჯად დღის განმავლობაში.
რატომ არა ვაიოლეტი?
რაც შეეხება იისფერ ფერს? იისფერსაც მოკლე ტალღის სიგრძე აქვს და შესაბამისად, ატმოსფეროში არსებული გაზის მოლეკულებით იფანტება. თუმცა, იისფერ ცას ორი ძირითადი მიზეზი არ ვხედავთ. პირველი, ადამიანის თვალი უფრო მგრძნობიარეა ლურჯის მიმართ, ვიდრე იისფერის. ჩვენი ბადურა შეიცავს სამი ტიპის კონუსურ უჯრედს, რომელთაგან თითოეული მგრძნობიარეა წითელის, მწვანეს და ლურჯის მიმართ. ლურჯის მიმართ მგრძნობიარე კონუსური უჯრედებიც გარკვეულწილად მგრძნობიარეა იისფერის მიმართ, მაგრამ არა იმდენად, რამდენადაც მათი მგრძნობელობა ლურჯის მიმართ.
მეორეც, მზის იისფერი სინათლის უმეტესი ნაწილი ზედა ატმოსფეროს ოზონის შრის მიერ შთაინთქმება. ეს ნიშნავს, რომ დედამიწის ზედაპირს გაცილებით ნაკლები იისფერი სინათლე აღწევს, ვიდრე ლურჯი სინათლე, რაც ცას ჩვენთვის ლურჯად წარმოაჩენს.
ბინდისა და გარიჟრაჟის ეფექტები
მზის ჩასვლისას ან მზის ამოსვლისას ცაზე ხშირად ვხედავთ სპექტრის ფერებს, როგორიცაა წითელი, ნარინჯისფერი და ყვითელი. ეს იმიტომ ხდება, რომ მზის ჰორიზონტზე დაბალი მდებარეობა ნიშნავს, რომ მის სინათლეს ატმოსფეროს უფრო სქელი ფენა უნდა გაიაროს, ვიდრე მაშინ, როდესაც მზე ზენიტშია. ამ ხანგრძლივი მოგზაურობის დროს ლურჯი და იისფერი სინათლის დიდი ნაწილი ჩვენი მხედველობის არედან იფანტება, რის გამოც ჩვენს თვალებამდე ნაკლებად გაფანტული წითელი და ნარინჯისფერი ტალღის სიგრძეები აღწევს.
ეს ფენომენი ასევე შეიძლება აიხსნას მიეს გაფანტვის პრინციპით, რომელიც აღწერს სინათლის გაფანტვას ატმოსფეროში არსებული დიდი ნაწილაკების, როგორიცაა მტვერი, კვამლი და წყლის წვეთები, მიერ. მიეს გაფანტვას არ აქვს ტალღის სიგრძის უპირატესობა რელეის გაფანტვისგან განსხვავებით, მაგრამ ეს დიდი ნაწილაკები უფრო ეფექტურია უფრო გრძელი ტალღის სიგრძეებზე, რითაც ხაზს უსვამს წითელ და ნარინჯისფერ ფერებს შებინდებისა და გამთენიისას.
ცის ფერის ვარიაციები სხვა პლანეტებზე
საინტერესოა, რომ დედამიწაზე ცის ფერი უნივერსალური ფენომენი არ არის. მზის სისტემის სხვა პლანეტებზე ცას შეიძლება განსხვავებული ფერი ჰქონდეს ატმოსფერული შემადგენლობისა და ნაწილაკების სიმკვრივის ცვალებადობის გამო. მაგალითად, მარსზე ცა მოწითალო ჩანს, ხოლო პლანეტის ზედაპირზე მზის ზოგიერთი შუქი ვარდისფერში ჩანს. ეს გამოწვეულია წითელი მტვრის ნაწილაკებით, რომლებიც ავსებენ მარსის ატმოსფეროს და სხვადასხვა გზით აფანატებენ სინათლეს.
მეორე მხრივ, სატურნის ერთ-ერთ თანამგზავრს, ტიტანს, სქელი ატმოსფერო და მეთანით მდიდარი ნისლი აქვს. ტიტანის ატმოსფეროში გამავალი მზის სინათლე მეთანის ნაწილაკებით იფანტება, რაც ცაზე მოყავისფრო-ნარინჯისფერ შეფერილობას ქმნის.
დასკვნა
ცისფერი ცა მზის სინათლესა და დედამიწის ატმოსფეროს შორის რთული ურთიერთქმედების შედეგია. რელეის გაფანტვის პრინციპი ხსნის, თუ რატომ იფანტება ლურჯი სინათლე უფრო მეტად ატმოსფერული აირის მოლეკულებით, ხოლო ადამიანის თვალის მგრძნობელობა და ოზონის შრის მიერ იისფერი სინათლის ფილტრაცია ხსნის, თუ რატომ არ ჩანს ჩვენი ცა იისფერად. ეს ფენომენი გვახსენებს ფიზიკის საოცრებებსა და ბუნების სილამაზეს, რომელსაც ყოველდღიურად ვხედავთ, რაც აჩვენებს, რომ სამეცნიერო ცოდნას შეუძლია გააძლიეროს ჩვენს მიერ ჩვენს გარშემო არსებული, ერთი შეხედვით, მარტივი რეალობების აღქმა.
ეს ფენომენი ასევე გვაძლევს შთაგონებას, უფრო ღრმად ჩავუღრმავდეთ და გამოვიკვლიოთ ჩვენი სამყაროს სხვა ასპექტები, მათ შორის, თუ როგორ შეიძლება დედამიწაზე შესწავლილი პრინციპების გამოყენება ჩვენი მზის სისტემის სხვა პლანეტებსა და თანამგზავრებზე ატმოსფერული და ციური პირობების გასაგებად. უფრო ღრმა კვლევისა და შესწავლის გზით, ჩვენ შეგვიძლია უკეთ გავიგოთ სამყაროს სილამაზე და სირთულე.
