چرا آسمان آبی است

چرا آسمان آبي است؟

شايد هيچ موضوعي به اين اندازه واضح و بديهي نباشد كه آسمان آبي است. اما چرا آسمان ما آبي است و مثلا بنفش، ‌قرمز يا صورتي نيست؟‌ مثلا شب‌ها كه خورشيد در آسمان نيست، با آسماني مشكي طرف هستيم كه نور ستاره‌ها و ماه در پس‌زمينه مشكي آن مي‌درخشد. چرا در روز اين اتفاق نمي‌افتد مثلا در روز به جاي آسماني آبي، ‌آسماني تيره مي‌داشتيم كه خورشيد در زمينه آن بدرخشد؟اين اتفاق مي‌افتاد اگر زمين جو نداشت. در واقع مسووليت اصلي همه اين داستان‌ها، جو زمين است كه باعث مي شود زندگي ما روي زمين ادامه يابد.تابش نور خورشيد در مقابل ماه يا ستاره‌ها بسيار زياد است و به همين دليل زماني كه وارد جو زمين مي‌شود، تاثيري متفاوت از نور ماه و ستاره‌ها در شب ايجاد مي‌كند.

نور خورشيد تركيبي از طول موج‌هاي مختلف است كه رنگ‌هاي مختلفي را در دل نور سفيد خود دارد هنگام وقوع رنگين‌كمان شما مي‌توانيد اين طيف رنگي را ببينيد يا با قرار دادن منشوري در برابر پرتو نور خورشيد آن را به رنگ‌هاي سازنده آن تجزيه كنيد. اين نور سپيد و درخشان خورشيد در روز اما براي اين‌كه بتواند خود را به چشمان ما برساند بايد از ميان جو غليظ سياره ما عبور كند. جوي كه عمدتا از نيتروژن و اكسيژن تشكيل شده است. عبور نور خورشيد از دل اين گازهاي جوي كه ابعاد ذرات تشكيل‌دهنده آنها از طول موج نور عبوري كوچك‌تر است، باعث مي‌شود تا اين طول موج‌هاي مختلف متناسب با طول موجشان در جو پراكنده شوند.

همين پراكندگي است كه باعث مي‌شود تا در روز برخلاف شب همه آسمان روشن شود چرا كه منبع نور، آنقدر قوي است كه ميزان پراكندگي آن باعث روشن شدن كل آسمان مي‌شود، اما چرا آسمان آبي است؟پديده پراكندگي طول موج‌هاي مختلف در محيط‌هاي مختلف را اصطلاحا به نام پديده رايلي مي‌شناسند. فرمول رايلي ميزان پراكندگي نور در آسمان را بيان مي‌كند. اين پراكندگي و در واقع ميزان پراكنده شدن هر يك از طول موج‌هاي مختلف در آسمان به ماده‌اي بستگي دارد كه نور از ميان آن عبور مي‌كند.

جو زمين عمدتا از نيتروژن تشكيل شده است و مولكول‌هاي اين گاز در شرايط عادي نور آبي را بيش از بقيه طول موج‌ها پراكنده مي‌كنند. نتيجه اين مي‌شود كه غير از مواقعي كه غبار زيادي در جو وجود دارد يا هنگام غروب خورشيد آسمان را آبي ببينيم.اين پديده در سيارات ديگر هم اعمال مي‌شود. مثلا در مريخ با توجه به تركيب جوي آن عمدتا طول موج نور قرمز است كه پراكنده مي شود و به همين دليل هم مي توانيد در مريخ آسماني سرخ فام را ببينيد. اما اگر زمين جو نداشت چه؟ ‌در اين صورت هيچ پراكندگي رخ نمي‌داد و آسمان سياهي داشتيم كه خورشيددرخشاني در زمينه سياه آن مي‌درخشيد.

و حالا پاسخی تخصصی تر :

چرا آسمان آبی است ؟

رنگ آسمان ناشی از این واقعیت است که نور با ذراتی که به آنها برخورد می کند (در این مورد مولکولهای گازی که جو زمین را تشکیل می دهند ) برهم کنش دارد . اثر این فرایند ، به نام پراکندگی ، بر نوری که به ذره برخورد می کند این است که جذب می شود و سپس در تمام جهات باز می تابد . دو عامل، طول موج نور و اندازه ذره ای که نور با آن برخورد می کند ، در این فرایند دخالت دارند. برابر قانون پراکندگی ریلی ، اگر اندازه ی ذره کمتر از طول موجهای نور مرئی باشد ، آن ذره به طور بسیار گزینشی عمل خواهد کرد ، یعنی طول موجهای کوتاه تر را بهتر و بیشتر از طول موجهای بلندتر پراکنده می کند . تمام رنگهای نور تا حدی پراکنده می شوند ، اما مولکولهای جو زمین (که ابعادشون کوچکتر از طول موج نور آبی است ) نور آبی را بیشتر از نور سبز ، زرد یا قرمز پراکنده می کنند .

در این صورت اگر به مجموعه ای از مولکولها که مستقیما در امتداد خورشید قرار دارند نگاه کنیم ، خورشید را اندکی قرمز می بینیم ، اما اگر همان مجموعه ذرات را از پهلو نگاه کنیم ، نوری را خواهیم دید که آن مجموعه پراکنده کرده است (که عمدتا نور آبی است ) . غروب سرخ رنگ نتیجه ی دیگری از پراکندگی است . به هنگام غروب خورشید ظاهرا به طرف افق حرکت می کند ، نور آن باید از موارد بیشتری که جو را تشکیل می دهند ، بگذرد . در این حال ، چون مولکولهای موجود در جو ، نور آبی را بیشتر از نورهای دیگر پراکنده می کنند ، رنگهایی که در امتداد خط دید ما در جو نفوذ می کند ، رنگ آبی کمتری دارند ؛ از این رو ما رنگهایی را که مایه سرخ آنها بیشتر است می بینیم . بنابراین پدیده هایی را که فلق یا شفق می نامیم نتیجه پراکندگی نور به وسیله ی مولوکولهای موجود در جو است .

ماه بر خلاف زمین فاقد جو است و بنابراین آسمان آن رنگ ندارد و بهتر است بگوییم که سیاه است . وقتی خورشید در هر جایی از سطح ماه غروب کند آنجا بلافاصله تاریک می شود و این تغییر با افت شدید دما همراه است .

و در بخش دیگر :

اسمان آبی

 چرا رنگ آسمان آبی است . نور خورشید بوسیله مولكولها وذرات گرد وغبار موجود در آسمان ، كه معمولا د رمقایسه با طول موجها ی نور مرئی بسیار كوچكند ، پراكنده می شود به این ترتیب ، نور طول موجها یكوتاه (نور آبی ) بسیار شدیدتر از نور طول موجها ی بلند تر بوسیله این ذرات پراكنده می شوند . وقتی كه به آسمان صاف نگاه می كنیم ، بیشتر این نور پراكنده شده است كه به چشم ما میرسد . دامنه ی طول موجهای كوتاه پراكنده شده ( به حساسیت چشم آدمی به رنگ ) منجر به احساس رنگ آبی میشود .

كو تا هترین طول موجها ی طیف مرئی بیشتر مطابق بنفش است تا آبی، پس چرا آسمان به جای آنكه بنفش باشد آبی است ؟ نور خورشید اولیه در رنگ بنفش تا حدی ضعیف تر از آبی است و بنفش كمتر از آبی به ما میرسد . دلیل مهمتر اینكه چشم انسان نسبت به بنفش كمتر از آبی حساس است . اینكه مردم آبی بودن آسمان را به وجود بخار آب در جو نسبت بدهند ، شاید به این دلیل باشد كه اغلب توده های آب آبی رنگ است .

از دلایل آبی بودن دریا این است كه وقتی نور سفید چند متر از میان آب میگذرد مولكولهای آب بخشی از انتهای سرخ طیف را جذب می كند ونوری كه سرانجام به چشم بیننده منعكس می شود بیشتر آبی شده است . ودر آسمان آب كافی برای چنین جذبی وجود ندارد . لایه اوزون نیز نور سرخ را تضعیف می كند ، ولی نقسش نا چیزی درآبی شدن آسما ن دارد . از سوی دیگر ، فرض می كنیم كه در یك روز مه الود به آسمان نگاه می كنیم .

در این صورت ، نور آبی باریكه ای كه به چشم ما می رسد به طور كامل پراكنده شده است . در حالی كه طول موجهای بلندتر پراكنده نشده اند . بنابراین ، احساس می كنیم كه رنگ خورشید متمایل به رنگ قرمز شده است . اگر آسمان جوی نداشت ، آسمان سیاه به نظر می رسید و ستارگان در روز دیده می شدند كه در واقع از ارتفاع 16km به بالا  ، كه در انجا جو زمین  بسیار رقیق می شود ، همان طور ی كه فضا نوردان دریافته اند ،اسمان سیاه به نظر می رسد وستارگان در روز دیده می شوند .

به نور خورشید اصطلاحا نور سفید می گویند که خود از رنگهای بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی، قرمز تشکیل شده است. از طرفی طول موج یا بسامد نور به دو دسته مرئی و نامرئی تقسیم می شود که ما با چشم غیر مسلح فقط می توانیم نورهای مرئی را مشاهده کنیم . عکس زیر طیف مرئی نور را به ما نشان می دهد.

همانطور که در عکس مشاهده می کنید ( بجز رنگ مشکی ) بنفش کوتاهترین طول موج ( بالاترین فرکانس ) و قرمز بلندترین طول موج ( پایین ترین فرکانس ) را در طیف الکترومغناطیس دارد. نکته دیگری که باید مد نظر قرار داد این است که هرچه طول موجی کوتاهتر باشد ، آن موج پس از برخورد با ذرات ، بیشتر پراکنده می شود.

در آسمان ذرات بسیار زیادی از جمله ذرات آب و گرد و غبار وجود دارد که نور خورشید برای عبور از جو زمین و رسیدن به چشم ما باید از میان این ذرات عبور کند . در هنگام عبور نور خورشید از جو زمین نور به ذرات معلق در هوا برخورد کرده و باعث رخ دادن پدیده ای به نام شکست نور می شوند. در اثر این رخداد نور خورشید تجزیه شده و رنگ های تشکیل دهنده اش از هم جدا میشوند . نورهای با طول موج بلند براحتی و با کمترین برخورد از جو عبور کرده و نورهای با طول موج کوتاه در اثر برخورد با ذرات به اطراف پراکنده می شوند و همین پراکندگی به چشم ما رسیده و علت آبی بودن رنگ آسمان است .

طول موج رنگ بنفش از آبی پایینتر است پس چرا آسمان بنفش دیده نمی شود ؟

جواب اینجاست که چشمان ما نسبت به رنگ بنفش تحریک پذیر و حساس نیست و به همین خاطر آسمان را بنفش نمی بینیم و به رنگ آبی مشاهده می کنیم.

چرا در هنگام غروب آسمان به رنگ قرمز در می آید ؟

در هنگام غروب آفتاب نور خورشید باید جو بیشتری را طی کند تا به چشم ما برسد و نور قرمز تنها رنگی است که می تواند این مسیر را طی کند و به همین خاطر رنگ آسمان به رنگ قرمز در می آید.