Gökyüzü neden mavidir? Huzursuz bir cevap ile çok zor bir soru. Bilimsel bir dilden kaçınırsanız, gökyüzü mavidir, çünkü kırmızı ışık diğerlerinden daha az dağılır ve mor en büyüğüdür.
Birçok kişi beyaz ışığın 7 ana renkten oluştuğunu bilir: kırmızı, turuncu, sarı, mavi, mavi, yeşil ve mor. Dalga boyu azaldıkça her renk değişebilir. Örneğin, yörüngede olan astronotlar siyah zemin üzerine beyaz bir Güneş görebiliyorlar. Gerçek şu ki, astronotlar normal havasız uzayda çarpıklık olmadan ışığı görüyorlar ve biz Dünya üzerinde biz atmosferimizin yarattığı “filtre” ile Güneş'e bakıyoruz.
Ve mavi ışık, en küçük hava moleküllerine, diğer dalga boylarına göre daha iyi dağılır, çünkü yollarını bozması ve değiştirmesi daha muhtemel olan daha kısa dalgalar gibi hareket eder. Bu, gördüğümüz ortak bir neden. mavi gökyüzü dünyanın üstünde.
Bu etki Tyndall etkisi olarak adlandırılır, ancak daha çok Rayleigh saçılması olarak adlandırılır. Rayleigh, problemi daha detaylı inceleyen ve matematiksel tanımını formüle eden kişiydi. Bu durumda, saçılan ışığın toplam miktarı, sadece burada sayılan moleküller yeterince küçükse, dalga boyunun dördüncü gücüyle ters orantılıdır. Dünyanın orta atmosferinde, mavi ışık, on katına yakın olan 4 kez kırmızı ışıktan daha fazla yayılır. Ama aslında, her şey çok basit değil. Bugün gökyüzünün renginin doğrudan küçük su buharı damlacıkları üzerindeki fragmanlardan kaynaklandığını “biliyoruz”.
Spektrumun 7 renginin hepsinde kırmızı en az saçılmış, biraz daha turuncu, sarı vb. Bu nedenle gün batımı ve şafakta güneşi turuncu-kırmızı görüyoruz. Fakat yükseldiğinde ve atmosferin tabakası inceldikçe ve inceldiğinde, ışığın saçılması daha az olacaktır, bu da Güneş'in daha beyaz ve daha sarı olacağı anlamına gelir.
Bu fikir hala çok popüler, ancak yanlış. Işık, daha küçük oksijen ve azot moleküllerine yayılmalıdır. Aslında, bunu ispatlayan ve bu sonucun gözlemlerle iyi bir uyum içinde olduğunu gösteren kişi Albert Einstein için ünlüydü. Ayrıca ışık saçılma fenomeninin tamamen mekanik değil, ışık saçılmış fotonların enerjisini değiştirdiği bir elektromanyetik ve hatta kuantum etkisi olduğunu öne sürdü. Bu işlem, moleküler seviyede incelendiğinde, heyecan verici bir sözde titreşimsel molekül modu içerir.
Renk ve dalga boyunu bağla
Ondan uzakta gökyüzüne bakarsak ne olur? O zaman kırmızı ışınlar yan tarafa geçecek ve pratik olarak dağılmayacak. Turuncu ışınlar, mor ışık mümkün olduğu kadar dağılıncaya kadar, biraz sarı, biraz daha dağılır. Bu yüzden sizinle çok güçlü bir mor ışık ve çok zayıf bir kırmızı arasında bir şey görebiliriz, başka bir deyişle mavi ışık ile açıkça ifade edilecek bir atmosfer.
Bu, örneğin oksijen, daha küçük saçılmış bir foton için ek enerji sağladığında veya molekülün önceden uyarılmış bir titreşim durumunu saçarak meydana gelir, bu da titreşim enerjisini olay fotonuna aktarır. Kısacası, bazı atmosferik parçacıklar, bu moleküllerde elektrik dipol anlarını indükleyen elektromanyetik bir ışık dalgaları alanı nedeniyle ışık saçarlar.
Öyleyse neden bazen batı veya doğu gökyüzü farklı renklerle parlıyor? Atmosferin bileşimindeki geçici bir değişiklik nedeniyle. Örneğin, havada çok fazla su buharı varsa, orta hava molekülleri daha büyüktür ve ayrıca kırmızı ışığı da dağıtabilir. Ayrıca, gökyüzünde güneş azaldığında, ışığının gözlemciye ulaşmadan önce daha kalın bir hava kütlesi içinden geçmesi gerekir. O zaman sayısız hava parçacığı yalnızca bir kez dağılmaz, aynı zamanda ışığı birçok kez tekrar saçar. Bu işlemin sonucu, birçok farklı dalga boyu ve ışın yönünün tam bir karışımıdır, bu nedenle etkili aydınlatma maviden daha beyaz görünür.
- Bu ilginç -
Bütün bu süreç çok karmaşık ve biraz bilimsel bilgiye ihtiyaç duyuyor. Bu fenomenin doğası, 1899'da İngiliz III. John William Strett, Lord Rayleigh III tarafından açıklanmıştır.
Gökyüzü neden mavi? - video
Görünüşe göre çok az insan bu sorunun “her zaman havada asılı olan soruyu” yanıtladığını biliyor. Çoğu zaman çocuklar bunu soruyor, ancak yetişkinler açıklama yapmaya hazır değil. Birçoğu bu sorunun, "evrenin sonu nerede" gibi, cevaplayamadığımız bir dizi sorudan geldiğine inanıyor. Bu gazların birçoğu varken ve güneş tarafından vurgulandığında bunun bir azot ve oksijen karışımının rengi olduğuna inanan insanlar var. Gökyüzünün rengini atmosferin katmanlarında ışığın kırılmasıyla ilişkilendiren kişiler var. Okulda mükemmel öğrenciler olanlar, havanın, Rayleigh yasasına göre, spektrumun diğer tüm renklerinden, mavi renklerin daha yoğun bir şekilde dağıldığını söyleyeceklerdir. Bu arada, gökyüzünün rengi sorununa sadece yirminci yüzyılda fizikçiler tarafından karar verildi. Bu nedenle, özellikle utanmamalıyız.
Hava küçük parçacıklar tarafından daha fazla kirlenirse, gün batımı daha kırmızı görünür. Bu, deniz üzerinde veya büyük sanayi bölgelerinde çok sık meydana gelir. 
Ancak, biraz farklı, diğer gezegenlerde durum budur. Bilim adamları, Mars'ın gökyüzünün kırmızımsı renginin, toz fırtınalarında kırmızı demir zengini tozun varlığının bir sonucu olduğuna inanıyor. Doğru renk gerçek hava koşullarına bağlıdır ve Mars atmosferi nispeten sakin olduğunda daha mavi görünür. Bu gök cismi neredeyse hiç atmosfere sahip değildir, bu nedenle ışık hiç dağılmaz.
Ve bu konu doğrudan sıcaklıkla ilgili olmasa da, çözmeye çalışalım. Fiziğin derinliklerine dalmayacağız, ama size ışık ve hava ile ilgili ana noktaları hatırlatacağız.
Güneş ışığı, gökkuşağının bütün renklerinin radyasyon karışımıdır, yani. insan gözünün retinasını etkileyebilecek salınım frekanslarına sahip elektromanyetik dalgalar. Menekşe rengi 380 nm dalga boyuna karşılık gelir, kırmızı - 720 nm. Retinada renk algısından sorumlu koniler var. Üç tür koni vardır: mavi (yüksek frekans aralığından sorumlu), yeşil (ortalardan sorumlu) ve kırmızı (düşük frekanslardan). Konilerin hassasiyet aralıkları üst üste gelir, ancak maksimum miktar belirli bir renge düşer.
Bu yüzden ay gökyüzü neredeyse siyah görünüyor ve gölgeleri çok keskin. Güneşten yere hareket eden ışık beyaz veya sarı görünür. Fakat gerçekte, gökkuşağının bütün renklerinden oluşur. Bir prizma veya cam kullanarak görebilirsiniz. Güneş ışığını gökkuşağı parçalarına böler.
Köşe camından geçen güneş ışığı tüm renklerden yapıldığını gösterecektir. Beyaz kağıt, prizmanın yakınında tutarak bir gökkuşağı gösterir. Su dolu şarap kadehi kullanılması güneş ışığında bazı gökkuşağı oluşturur. Gökyüzüne baktığınızda, gerçekten Dünya atmosferine bakarsınız. Bunlar gökyüzünde yüzen milyarlarca küçük oksijen ve azot molekülüdür. Bu moleküller soluduğumuz havayı oluşturur.
Normal bir durumda olan hava molekülleri ücretsizdir, nötrdürler. Ancak, yüklü parçacıklardan oluşur - elektronlar ve çekirdekler. Elektrik alanın etkisi altında, çekirdekler bir yöne kaydırılır, elektronlar - diğerinde ve kendi elektromanyetik alanına sahip bir dipol elde edilir. Bir dipol alternatif bir elektromanyetik alana düşerse, o zaman salınmaya başlar, yani pozitif ve negatif yükler ileri geri kaydırılır ve dipolün kendisi bir elektromanyetik dalga yaymaya başlar. Bizim durumumuzda, güneş ışığının elektromanyetik dalgası hava moleküllerinin elektromanyetik dalgalar yayan dipollere dönüşmesine neden olur. Üstelik dipolların çalışmasının yönü her türlü olabilir. Enerjinin korunumu yasasına göre, ışık dalgası orijinal yönünde yoğunluğunu kaybeder. Bu, havadaki ışık saçılımının ana mekanizmasıdır. Daha ziyade, saçılma hakkında değil, ışığın etkisiyle hava moleküllerinin emisyonu hakkında da. Atmosfere bakarız ve aslında güneşten gelen ışığı ve atmosferimizin molekülleri tarafından yayılan ışığı görürüz. Neden beyaz değil, mavi?
Güneş ışığı Dünya’nın atmosferine girdiğinde, mavi ışık her yöne yansıtılır. Atmosferdeki moleküller nedeniyle güneş ışığının saçılmasının gösterimi. Diğer renkler - kırmızı, turuncu, sarı - aynı zamanda molekülleri zıplatır, ancak mavi ışık en fazla dağılır. Gözünüz mavi ışığa duyarlıdır ve bu yansıyan enerji, ona baktığımızda gökyüzünün mavi görünmesini sağlar.
Bu büyüleyici konuyu daha ayrıntılı olarak keşfetmek istiyorsanız, gökyüzünün neden mavi olduğunu görmek için bu sitenin ana bölümlerinden geçmeyi deneyin. Gün boyunca, bulutsuz gökyüzü mavi görünür, ancak sabah veya akşamları turuncuya dönüşür. Bu renk düetinin sırrı güneş ışığının atmosfere nasıl dağıldığıdır.
Gerçek şu ki, dipolün radyasyon yoğunluğu radyasyon frekansının dördüncü gücüyle orantılıdır. En yoğun dalganın dipolleri tarafından yayılan, maksimum ışığa ve enerjiye, mavi ışığa karşılık gelen. Kırmızı ışığın dalgaları hava molekülleriyle daha az etkileşime girer. yani Atmosferden geçerken, spektrum boyunca beyaz renkte bir tür filtreleme vardır. Hava molekülleri temel olarak mavi renk yayar, yani mavi ve yeşil retina konilerini harekete geçiren ışık kırmızı konilerden çok daha güçlüdür.
Gökyüzü paletinin size sunacakları arasında çok şey var: alternatif bir mavi, beyaz ve gri, sarı, kırmızı ve turuncu. Bir gökkuşağı eklerseniz, renk sevinci sınırsız görünüyor. Çılgın gökyüzü gün boyunca mavi renkte hakimdir, gerisinde ise evrenin karanlığı yatıyor. Güzel akşamlarda, gökyüzü güne ile aynı renkte parlasa da muhteşem kırmızı bir renge batırır. Böyle çeşitli renklerin sırrı güneş ışığının atmosfere nasıl dağıldığıdır.
Güneşin ışığı bize sarımsı beyaz görünüyor, ancak gökkuşağının tüm renklerinden - mordan maviye, yeşile, sarıdan turuncuya kırmızıdan oluşuyor. Bu renklerin her biri belirli bir dalga boyunda elektromanyetik radyasyona karşılık gelir. Bu dalga boyu mavi için en kısa ve kırmızı için en uzun olandır.
1865 yılında gökyüzünün renginin doğru şekilde açıklanmasına doğru bir adım atan ilk kişi John Tindal oldu. Işık ışınlarının küçük kirlilik parçacıklarının asılı olduğu bir ortamdan geçtiğinde mavi rengin kırmızıdan daha yoğun olarak dağıldığını keşfetti. Sonuç olarak, iletilen ışığın rengini mavi olarak görüyoruz. Bu, su ile hafifçe süzülen, hafifçe suyla geçen ışık huzmesinin tarafına bakarsanız görülebilir. Yandan değil, ışın yönünde bakarsanız, ışık kırmızımsı olur, çünkü mavi bileşen dağıldı.
Farklı dalga boyları, artık ışık atmosferde yolda gaz molekülleriyle çarpıştığında yönünü değiştirdiğinde önemli bir rol oynamaktadır. Fizikçiler şöyle diyor: Işık dağıldı. Ne zaman doğrudan güneşe bakmıyorsak, sadece güneşin birkaç turunda gözümüze gelen dağınık ışığı görüyoruz. Bu nedenle, gökyüzünün rengini belirleyen saçılan ışığın rengidir.
Işık atmosferde yayılır, dalga boyu küçülür. Mavi ışık bu nedenle kırmızıdan daha dağınıktır. Güneş yüksek olduğunda, atmosferdeki güneş ışığı yolu oldukça kısadır, çoğunlukla mavi saçılır, bu nedenle öğleden sonra gökyüzü mavi görünür. Düşük rakımlarda, atmosferden geçen ışık yolu çok daha uzundur. Saçılma nedeniyle, mavi bileşen o kadar azalır ki kırmızı kazanır. Bu nedenle, bulutlu gökyüzü gün boyunca mavidir ve gün doğumu ve günbatımında kırmızıdır.
Birkaç yıl sonra, İngiliz bilim adamı Lord Rayleigh bu etkiyi daha ayrıntılı olarak inceledi. Çok küçük boyutlardaki parçacıklar üzerine ışık saçılma yoğunluğunun radyasyon dalga boyunun dördüncü gücüyle ters orantılı olduğunu gösterdi. Bundan sonra mavi ışığın kırmızıdan 10 kat daha yoğun dağıldığını takip ediyordu.
Tyndall ve Rayleigh, gökyüzünün mavisinin atmosferdeki küçük toz ve su buharı parçacıklarının varlığından kaynaklandığını düşünüyordu. Daha sonra, bilim adamları bu doğru olsaydı, şu anda gördüğümüzden nemin, bulutsu ve hava kirliliğindeki değişikliklerle gökyüzünün renginde çok daha fazla farklılıklar gözlemleyeceğimizi fark ettiler. Sorun, 1911'de ışığın moleküllerle dağılmasını açıklayan bir formül elde eden Einstein tarafından çözüldü. Formül önceki tüm deneyleri doğruladı. Toz ve buhar olmadığı, ancak ışığı saçan hava molekülleri olduğu kanıtlandı, çünkü (yukarıda bahsedildiği gibi) ışığın elektromanyetik alanı moleküllerdeki elektrik dipol anlarını başlatır.
Atmosfere ışık saçılması durumunda, İngiliz fizikçi Lord Rayleigh'nin adını taşıyan Rayleigh saçılmasından söz ediyoruz. Rayleigh saçılması, radyasyonun radyasyonun dalga boyundan çok daha küçük olan partiküllere yayıldığı zaman daima mevcuttur. Bu, atmosferdeki gaz moleküllerinde geçerlidir. Diğer taraftan bulutlardaki su damlaları veya buz kristalleri ışığın dalga boyundan çok daha uzundur. Burada Rayleigh saçılması yok, ancak güneş ışığının tüm dalga boyları ona yansıyor, bu yüzden bulutlar bize beyaz gözüküyor.
Bu arada, uydu ölçüm verilerini değerlendirirken, örneğin deniz dalgalarını veya bulut kalınlığını ölçmek için kullanılıyorsa Rayleigh saçılması da dikkate alınmalıdır. Rayleigh saçılması, elektromanyetik dalgaların saçılan dalgaların dalga boyuna kıyasla küçük olan parçacıklara saçılmasını ifade eder. Parçacıklar, elektromanyetik radyasyon tarafından titreşen ve iletici bir anten olarak üretilen - yani sözde dipol denilen - radyasyon olan, heyecan vericidir. Doğru hesaplamalar, radyasyon gücünün dalga boyunun dördüncü gücüyle ters orantılı olduğunu göstermektedir.
Gökyüzü neden mor değil, mavi? Sonuçta, mor dalgalar mavi olanlardan daha kısadır. Birinci sebep, güneş ışınım spektrumunun tek tip olmamasıdır. Menekşe rengi azdır. Ek olarak, menekşe ışınları atmosferin en üst katmanlarına dağılmıştır. İkinci neden - konilerimizin maviye duyarlılığı maviden daha düşüktür. Üçüncü sebep, mavi rengin sadece retinadaki mavi konileri değil, aynı zamanda biraz kırmızı ve yeşili de tahriş etmesidir. Bu nedenle, gökyüzünün rengi soluk değil, özellikle hava açık olduğunda doymuş mavidir.
Gökyüzü ancak hava, toz ve egzoz dumanı bakımından mümkün olduğu kadar düşük olduğunda mavidir. Gökyüzü mavidir, çünkü dünya atmosfer denir, atmosfer denilen atmosfer. Atmosfer, çoğunlukla azot olmak üzere bir gaz karışımından ve ardından küçük miktarlarda oksijen, su buharı, karbon dioksit, metan ve diğer gazların eklenmesinden oluşur. Küçük parçacıklar biçiminde, moleküller denilen bu gazlar hava zarfımızı oluşturur. Atmosferi olmayan gök cisimlerinde, örneğin ayda, gökyüzü gün boyunca bile siyahtır.
Gün batımının rengi, ışığın hava moleküllerine saçılmasıyla açıklanır. Güneşten Dünya'ya uzun bir yol kat eden ışın, tüm mavi tonlarını kaybeder. Sadece sarı ve kırmızı tonlar göze ulaşır. Denizin çevresinde, Tyndall'ın dağılmasından sorumlu olan havadaki tuz parçacıkları sayesinde gün batımı turuncu bile olabilir.
Atmosferin kompozisyonunun, yani azot ve oksijenin varlığı, gökyüzünün rengi neredeyse bağımsızdır. Bir gezegenin, güneş ışığı gibi, spektrumu beyaz olan bir armatür ile aydınlatılan, yeterli kalınlık ve yoğunlukta şeffaf bir atmosferi varsa, o zaman gökyüzü mavi olacaktır.
Işık - Elektromanyetik Radyasyon
Bizim için mavi yapmak için hala elektromanyetik dalgalar biçiminde bize ulaşan güneş ışınımı yoktur. Görünür ışık olarak algıladığımız şey elektromanyetik spektrumun küçük bir kısmıdır. Mavi ışığın hem yeşil hem de kırmızı olan kısa bir dalga boyu vardır. Ayrıca mavi ışığın birçok küçük hızlı adımla hareket ettiğini, yeşilin birkaç büyük adım attığını ve son olarak kırmızı ışığın geniş ve geniş adımlarla hareket ettiğini hayal edebilirsiniz. Şimdi güneşin yere düşen beyaz, karmaşık bir ışık demeti var.
Öyleyse, Mars'ta uzay gemisine iniş yapan görüntülerin gökyüzünün pembe ve kırmızı olduğunu nasıl gösterdiğini açıklamak? Bunun nedeni Mars atmosferinin çok ince ve tozlu olması. Güneş ışığının saçılması moleküller üzerinde değil, esas olarak asılı toz kirleri üzerinde meydana gelir. Toz parçacıklarının çoğu ışığın dalga boylarından daha büyüktür ve renkli kırmızı demir oksitten oluşur.
Bu nedenle, yolunda maviyi acele etmek atmosferin molekülleriyle çok sık çarpışırken, kırmızı ışık bazı yönlerden daha iyi çünkü harika adımlar atıyor. Ayrıca, güneş ışığının mavi kısımlarının, özellikle çok sayıda çarpışma nedeniyle, kuvvetli bir şekilde dağıldığı söylenir. Bununla birlikte, kırmızı kısımların moleküllerle çarpışmaya daha az eğilimli olması ve daha basit olması muhtemeldir. Gökyüzü mavidir, çünkü güneş ışığının mavi kısmı özellikle kuvvetli bir şekilde dağılmıştır.
Bu etki, bu fenomeni keşfeden İngiliz Lord Rayleigh'den sonra saçılma olarak adlandırılır. Rayleigh saçılması ışık da dahil olmak üzere elektromanyetik dalgaların atomlarda veya moleküllerde nasıl parçalandığını açıklar. Gökyüzü, özellikle hava tamamen açık ve toz parçacıklarından arınmış olduğunda mavi görünür. Çünkü güneş ışığı yalnızca hava molekülleri tarafından değil aynı zamanda atmosferdeki askıda bırakılan maddeler tarafından da tahrip edilir: volkanlardan duman, bitkilerden çıkan egzoz gazları, toz ve çöllerden gelen kum.
Artık “neden gökyüzü mavi” sorusunu yanıtlamanın çok basit olmadığını biliyorsunuz. Bir şey anlıyoruz, ama çocuklara ne söylenecek? Muhtemelen, güzel atmosferimiz, Güneş ısındığında mavi ışıkla parlayan havalardan oluşur. Çünkü mavi, gökkuşağının bütün renklerinin en güçlüsüdür.