Dlaczego niebo jest niebieskie?

Słońce jest żółte, kosmos czarny, a Niebo niebieskie.  Zastanawialiście  się  kiedyś, dlaczego tak jest ? Przybliżymy dziś  temat koloru nieba. Dlaczego akurat niebieskie? Dlaczego chmury na niebie nie  są również niebieskie ? Odpowiedź znajdziecie w poniższym artykule.

Przez większą część dnia bezchmurne niebo możemy postrzegać w różnych odcieniach błękitu. O poranku natomiast niebo ukazuje nam się w różowej, żółtej bądź fioletowej odsłonie, wieczorem w momencie zachodu słońca możemy się spotkać z jego czerwonym lub pomarańczowym odcieniem. Dlaczego tak właśnie jest?

Za dnia słoneczne promienie muszą pokonać aż kilkaset kilometrów ziemskiej atmosfery, na którą składa się tlen, azot oraz woda. Właśnie z tymi składnikami oddziałują niebieskie fale światła, w trakcie rozpraszając się i wówczas odnosimy wrażenie, że niebo jest koloru niebieskiego.

Dlaczego niebo jest niebieskie – fizyka

Zacznijmy od tego, iż Słońce jest źródłem światła, które dociera na Ziemię i jest ono koloru białego. Świadczy to o tym, że jest skupiskiem fotonów o różnych barwach tj. niebieska, fioletowa, zielona, żółta i czerwona. Fioletowe oraz niebieskie fotony cechują się wysoką częstotliwością drgań, a także wysoką energią. Najniższą energią oraz częstotliwością drgań cechują się czerwone, oraz żółte fotony.

Ziemska atmosfera zbudowana jest z atomów, które cechują się zdolnością do pochłaniania oraz ponownej emisji fotonów. Określane jest to mianem rozpraszania światła.
Dla ziemskiej atmosfery wzór uproszczony obrazujący stosunek rozproszonej energii do energii padającej jest następujący:

E_r/E = A (ω⁴/ ω₀⁴)

gdzie:
E_r –energia rozproszona na sekundę,
E –energia padająca na metr kwadratowy powierzchni na sekundę,
A – stała,
ω –częstotliwość drgań padającego światła,
ω₀ –charakterystyczna częstotliwość drgań atomu.

Dlaczego Słońce jest żółte?

Światło docierające do naszych oczu ze Słońca jest uznawane za nierozproszone. Fotony, które po drodze do ludzkiego oka spotykają na swojej drodze atomy powietrza i ulegają rozproszeniu, nie są więc w stanie dotrzeć do naszego oka.

Patrząc na Słońce, widzimy światło, które jest niezaopatrzone w składowe o częstotliwości wysokiej, gdyż one zostają rozproszone na tzw. „boki”. Pozostają wówczas fotony o niskiej częstotliwości o charakterystycznej żółtej barwie. I to wszystko wpływa na to, iż Słońce jest dla nas właśnie koloru żółtego.

Dlaczego zachodzące Słońce jest czerwone?

Zachodzące Słońce znajduje się bardzo nisko nad horyzontem, w tym czasie przez grubą warstwę atmosfery przechodzi jego światło. Dlatego też do oczu będzie w stanie dotrzeć tylko składowa o niskich częstotliwościach, czyli taka, która została w najmniejszym stopniu rozproszona. Właśnie dlatego zarówno Słońce zachodzące, jak i wschodzące jest koloru czerwonego.

Sprawdź także: Jak powstaje tęcza?

Czy niebo jest źródłem światła?

Niebo nie może być brane za źródło światła, gdyż emituje światło wcześniej pochłonięte przez siebie. Światło docierające do nas z nieba biegnie po łamanej ze Słońca do ludzkiego oka. Łamana jest jednoznaczna ze zmianą kierunku, dlatego spoglądając w niebo mamy do czynienia ze światłem rozproszonym.

Najwyższemu rozproszeniu ulegają fotony o częstotliwościach wysokich, tj. niebieski czy fiolet. Słońce natomiast emituje fiolet w znacznie mniejszych ilościach i jest on częściowo absorbowany w górnych warstwach atmosfery. Wobec tego, barwa fotonów jakie docierają z nieba, jest ostatecznie niebieska. I to wszystko składa się na niebieski kolor nieba, jaki obserwujemy na co dzień.

Dlaczego chmury są białego koloru?

Chmury składają się z kropelek wody, które jeszcze nie były w stanie osiągnąć odpowiedniej wielkości, aby opaść pod postacią deszczu. Kiedy dociera do kropel słoneczne światło, jest ono natychmiast odbijane. Krople jako przeciwieństwo do tlenu oraz atmosferycznego azotu są skłonne odbijać wszystkie napotkane długości światła w wielu kierunkach, dzięki czemu widzimy chmury w kolorze białym. Różnica ta jest spowodowana tym, iż cząsteczki atmosferycznego gazu są istotnie mniejsze niż długość fali o wielu kolorach światła, które reagując z nimi, ulegają rozproszeniu zgodnie z efektem Rayleigha. Ponieważ krople są znacznie większe, skutecznie rozpraszają wszystkie fale jednakowo.

 

Źródło danych:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Kolor_nieba