ทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า ทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า เคล็ดลับล่าสุดในส่วนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

และแสงสีน้ำเงินนั้นกระจัดกระจายอยู่ในโมเลกุลอากาศที่เล็กที่สุดมากกว่าความยาวคลื่นอื่น ๆ เพราะมันเดินทางเหมือนคลื่นที่สั้นกว่าซึ่งมีแนวโน้มที่จะบิดเบือนและเปลี่ยนเส้นทางของมัน นี่คือเหตุผลทั่วไปที่เราเห็น ท้องฟ้าสีคราม  เหนือโลก

เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Tyndall แต่บ่อยครั้งกว่าเรียกว่าการกระจัดกระจายของ Rayleigh Rayleigh เป็นผู้ที่ศึกษาปัญหาอย่างละเอียดและกำหนดคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ ในกรณีนี้จำนวนแสงที่กระจัดกระจายทั้งหมดจะแปรผกผันกับกำลังสี่ของความยาวคลื่นถ้ามีเพียงโมเลกุลที่พิจารณาที่นี่มีขนาดเล็กพอสมควร ในชั้นกลางของโลกแสงสีฟ้ากระจัดกระจายมากกว่าแสงสีแดง 4 เท่าซึ่งใกล้เคียงกับสิบ แต่ในความเป็นจริงแล้วทุกอย่างนั้นไม่ง่ายเลย วันนี้เรา“ รู้” ว่าสีของท้องฟ้าเกิดขึ้นโดยตรงจากเศษเสี้ยวของละอองน้ำ

แนวคิดนี้ยังคงเป็นที่นิยม แต่ไม่ถูกต้อง แสงจะต้องกระจัดกระจายในโมเลกุลออกซิเจนและไนโตรเจนที่เล็กกว่า ในความเป็นจริงผู้ที่พิสูจน์เรื่องนี้และแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับข้อสังเกตที่มีชื่อเสียงสำหรับ Albert Einstein นอกจากนี้เขายังแนะนำว่าปรากฏการณ์ของการกระเจิงของแสงนั้นไม่ใช่กลไกที่บริสุทธิ์ แต่เป็นผลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือควอนตัมซึ่งโฟตอนที่กระจัดกระจายของแสงเปลี่ยนพลังงานของพวกเขา กระบวนการนี้เมื่อดูที่ระดับโมเลกุลเกี่ยวข้องกับโหมดสั่นสะเทือนที่น่าตื่นเต้นของโมเลกุล

ตัวอย่างเช่นสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนให้พลังงานเพิ่มเติมให้กับโฟตอนกระจัดกระจายที่มีขนาดเล็กลงหรือโดยการกระจายสถานะการสั่นสะเทือนที่ตื่นเต้นก่อนหน้านี้ของโมเลกุล ในระยะสั้นอนุภาคบรรยากาศบางชนิดกระจายแสงเนื่องจากการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแสงซึ่งทำให้เกิดช่วงเวลาไดโพลไฟฟ้าในโมเลกุลเหล่านี้

เหตุใดบางครั้งท้องฟ้าทางทิศตะวันตกหรือตะวันออกจึงมีสีต่างกัน? เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวในองค์ประกอบของบรรยากาศ ยกตัวอย่างเช่นหากมีไอน้ำจำนวนมากในอากาศโมเลกุลกลางอากาศจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและสามารถกระจายแสงสีแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อดวงอาทิตย์ตกบนท้องฟ้าแสงของมันจะต้องผ่านมวลอากาศที่หนากว่าก่อนที่จะไปถึงผู้สังเกตการณ์ จากนั้นอนุภาคอากาศจำนวนมากไม่เพียง แต่สามารถกระจายเพียงครั้งเดียว แต่ยังสามารถกระจายแสงได้หลายครั้ง ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการนี้คือการผสมผสานอย่างสมบูรณ์ของความยาวคลื่นและทิศทางลำแสงที่แตกต่างกันมากมายดังนั้นการส่องสว่างที่มีประสิทธิภาพจะปรากฏเป็นสีขาวมากกว่าสีน้ำเงิน

หากอากาศถูกปนเปื้อนด้วยอนุภาคขนาดเล็กเพิ่มเติมพระอาทิตย์ตกจะเป็นสีแดงมากขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งในทะเลหรือในพื้นที่อุตสาหกรรมขนาดใหญ่


อย่างไรก็ตามแตกต่างกันเล็กน้อยนี่คือสถานการณ์ในกรณีของดาวเคราะห์ดวงอื่น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสีแดงของท้องฟ้าดาวอังคารเป็นผลมาจากการมีฝุ่นเหล็กที่อุดมด้วยสีแดงในพายุฝุ่น สีที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับสภาพอากาศที่แท้จริงและดูเบลอเมื่อบรรยากาศของดาวอังคารสงบ เทห์ฟากฟ้านี้แทบไม่มีบรรยากาศดังนั้นแสงจึงไม่แพร่กระจายเลย

นั่นคือเหตุผลที่ท้องฟ้าบนดวงจันทร์ดูเหมือนดำเกือบและเงาของมันนั้นคมมาก แสงที่เคลื่อนไปยังพื้นดินจากดวงอาทิตย์มีลักษณะเป็นสีขาวหรือสีเหลือง แต่ในความเป็นจริงมันประกอบด้วยสีรุ้งทั้งหมด คุณสามารถดูได้โดยใช้ปริซึมหรือแก้ว มันแบ่งแสงอาทิตย์ออกเป็นส่วนรุ้ง

แสงแดดส่องผ่านกระจกมุมจะแสดงว่าทำมาจากทุกสี การถือกระดาษสีขาวไว้ใกล้กับปริซึมจะแสดงรุ้ง การใช้แก้วไวน์ที่เต็มไปด้วยน้ำสร้างรุ้งในแสงอาทิตย์ เมื่อคุณมองดูท้องฟ้าคุณจะเห็นบรรยากาศของโลกจริงๆ นี่เป็นโมเลกุลออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นพันล้านก้อนที่ลอยอยู่บนท้องฟ้า โมเลกุลเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นอากาศที่เราหายใจ

เมื่อแสงอาทิตย์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกแสงสีน้ำเงินจะสะท้อนออกมาในทุกทิศทาง ภาพประกอบการกระจัดกระจายของแสงแดดเนื่องจากโมเลกุลในชั้นบรรยากาศ สีอื่น ๆ - สีแดง, สีส้ม, สีเหลือง - นอกจากนี้ยังกระเด็นโมเลกุล แต่แสงสีฟ้ากระจัดกระจายมากที่สุด ดวงตาของคุณไวต่อแสงสีน้ำเงินและพลังงานที่สะท้อนนี้ทำให้ท้องฟ้าเป็นสีฟ้าเมื่อเรามองดู

หากคุณต้องการสำรวจรายละเอียดที่น่าสนใจนี้ให้ลองอ่านหัวข้อหลักของเว็บไซต์นี้เพื่อดูว่าทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า ในระหว่างวันท้องฟ้าที่ไม่มีเมฆจะปรากฏเป็นสีฟ้า แต่ในตอนเช้าหรือในตอนเย็นจะเปลี่ยนเป็นสีส้มเป็นสีแดง ความลับของคู่สีนี้คือแสงที่กระจายอยู่ในชั้นบรรยากาศ

จานสีของท้องฟ้ามีหลายสิ่งให้เลือกเช่นสีฟ้าสลับสีขาวและสีเทาสีเหลืองสีแดงและสีส้มและถ้าคุณเพิ่มรุ้งความสุขของสีดูเหมือนไร้ขีด จำกัด ท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยความบ้าคลั่งในระหว่างวันเป็นสีน้ำเงินแม้ว่าข้างหลังมันจะเป็นความมืดมิดของจักรวาล ในตอนเย็นที่สวยงามท้องฟ้าก็จะจมลงไปในสีแดงที่น่าทึ่งแม้ว่าดวงอาทิตย์จะส่องแสงสีเดียวกับในระหว่างวัน ความลับของสีสันที่หลากหลายเช่นนี้คือการกระจายของแสงแดดในบรรยากาศ

แสงของดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะเป็นสีขาวอมเหลืองสำหรับเรา แต่มันประกอบไปด้วยทุกสีของสายรุ้งตั้งแต่สีม่วงไปจนถึงสีฟ้าสีเขียวสีเหลืองสีส้มถึงสีแดง แต่ละสีเหล่านี้สอดคล้องกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของความยาวคลื่นเฉพาะ ความยาวคลื่นนี้สั้นที่สุดสำหรับสีน้ำเงินและยาวที่สุดสำหรับสีแดง

ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันมีบทบาทสำคัญเมื่อแสงชนกับโมเลกุลของก๊าซผ่านทางบรรยากาศเปลี่ยนทิศทาง นักฟิสิกส์บอกว่า: แสงกระจัดกระจาย เมื่อใดก็ตามที่เราไม่ได้ดูดวงอาทิตย์โดยตรงเราจะเห็นเพียงแสงพร่าที่เข้ามาในดวงตาของเราในรอบดวงอาทิตย์หลายดวง ดังนั้นจึงเป็นสีของแสงที่กระจัดกระจายที่กำหนดสีของท้องฟ้า

แสงโปรยในบรรยากาศยิ่งมีความยาวคลื่นน้อย แสงสีน้ำเงินจึงกระจายมากกว่าสีแดง เมื่อดวงอาทิตย์อยู่สูงเส้นทางของแสงแดดในบรรยากาศค่อนข้างสั้นมันมักจะเป็นฝอยสีน้ำเงินดังนั้นท้องฟ้าจึงปรากฏเป็นสีฟ้าในตอนบ่าย ที่ระดับความสูงต่ำเส้นทางของแสงผ่านชั้นบรรยากาศนั้นยาวกว่ามาก เนื่องจากการกระเจิงส่วนประกอบสีน้ำเงินจะลดลงมากจนสีแดงชนะ ดังนั้นท้องฟ้ามีเมฆเป็นสีฟ้าในระหว่างวันและสีแดงเมื่อพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก

ในกรณีของการกระเจิงของแสงในบรรยากาศเราพูดถึงการกระเจิงของ Rayleigh ซึ่งตั้งชื่อตาม Lord Rayleigh นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ การกระจัดกระจายของ Rayleigh มักเกิดขึ้นเมื่อมีการกระจายรังสีในอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของรังสี นี่เป็นกรณีที่มีโมเลกุลก๊าซในชั้นบรรยากาศ ในทางกลับกันหยดน้ำหรือผลึกน้ำแข็งในเมฆนั้นมีความยาวมากกว่าความยาวคลื่นของแสง ที่นี่ไม่มีการกระจัดกระจายของ Rayleigh แต่ความยาวคลื่นทั้งหมดของแสงอาทิตย์สะท้อนอยู่บนนั้นดังนั้นเมฆจึงปรากฏเป็นสีขาวสำหรับเรา

โดยวิธีการเมื่อประเมินข้อมูลการวัดดาวเทียมควรคำนึงถึงการกระเจิงของ Rayleigh เช่นหากใช้เพื่อวัดคลื่นทะเลหรือความหนาของเมฆ การกระเจิงของ Rayleigh หมายถึงการกระเจิงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบนอนุภาคที่มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของคลื่นที่กระจัดกระจาย อนุภาคตื่นเต้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสั่นสะเทือนและผลิตเป็นเสาอากาศส่งสัญญาณที่เรียกว่า Herzian Dipole ซึ่งก็คือรังสี การคำนวณที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าพลังงานรังสีนั้นแปรผกผันกับกำลังสี่ของความยาวคลื่น

ท้องฟ้าเป็นสีฟ้าก็ต่อเมื่ออากาศต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแง่ของฝุ่นและควันไอเสีย ท้องฟ้าของเราเป็นสีฟ้าเพราะโลกถูกล้อมรอบด้วยบรรยากาศบรรยากาศที่เรียกว่า บรรยากาศประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจนตามด้วยการเติมออกซิเจนไอน้ำคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซมีเทนและก๊าซอื่น ๆ ในปริมาณเล็กน้อย ในรูปของอนุภาคเล็ก ๆ โมเลกุลที่เรียกว่าก๊าซเหล่านี้ก่อตัวเป็นซองอากาศของเรา บนวัตถุท้องฟ้าซึ่งไม่มีบรรยากาศตัวอย่างเช่นบนดวงจันทร์ท้องฟ้าเป็นสีดำแม้ในระหว่างวัน

แสง - รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

การทำให้เป็นสีน้ำเงินสำหรับเรานั้นยังคงไม่มีรังสีจากดวงอาทิตย์ซึ่งมาถึงเราในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งที่เรารับรู้ว่าแสงที่มองเห็นนั้นเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แสงสีน้ำเงินมีความยาวคลื่นสั้น ๆ ทั้งสีเขียวและสีแดง นอกจากนี้ยังสามารถจินตนาการได้ว่าแสงสีน้ำเงินเคลื่อนไหวด้วยการเดินเร็วหลายก้าวเล็ก ๆ สีเขียวใช้ก้าวใหญ่หลายก้าวและในที่สุดแสงสีแดงก็เคลื่อนไหวด้วยก้าวกว้างและกว้าง ขณะนี้มีลำแสงสีขาวสลับซับซ้อนของดวงอาทิตย์ที่ตกลงสู่พื้น

ดังนั้นในขณะที่การพุ่งเข้าหาสีน้ำเงินในเส้นทางของมันมักจะชนกับโมเลกุลของบรรยากาศ แต่แสงสีแดงนั้นดีกว่าเพราะมันใช้ความก้าวหน้าอย่างมาก มันยังบอกด้วยว่าส่วนต่าง ๆ ของดวงอาทิตย์สีน้ำเงินกระจัดกระจายอย่างยิ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งอย่างแม่นยำเนื่องจากการชนกันมากมาย อย่างไรก็ตามชิ้นส่วนสีแดงมีแนวโน้มน้อยกว่ามากที่จะชนกับโมเลกุลและอาจจะง่ายกว่า ท้องฟ้าเป็นสีฟ้าเนื่องจากส่วนที่เป็นสีฟ้าของแสงอาทิตย์กระจัดกระจายอย่างยิ่ง

เอฟเฟกต์นี้เรียกว่า Rayleigh กระเจิงหลังจากลอร์ดเรย์เลย์อังกฤษผู้ค้นพบปรากฏการณ์นี้ การกระเจิงของ Rayleigh อธิบายว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงแสงแตกตัวเป็นอะตอมหรือโมเลกุลอย่างไร ท้องฟ้าดูเป็นสีฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออากาศปลอดโปร่งและปราศจากฝุ่นละออง เพราะแสงแดดไม่เพียงถูกทำลายโดยโมเลกุลอากาศเท่านั้น แต่ยังถูกแขวนลอยในบรรยากาศด้วย: ควันจากภูเขาไฟ, ไอเสียจากพืชฝุ่นและทรายจากทะเลทราย