تا به حال به این موضوع فکر کرده اید که چرا هنگام شب آسمان سیاه است و ستاره های درخشان در آسمان پدیدارند و روز که می شود آسمان آبیاست؟

اولین چیزی که باید به خاطر داشته باشیم آن است که خورشید به عنوان بزرگترین منبع روشنایی محسوب می شود . منبعی که نور آن حتی از ماه نیز بیشتر است.

دوم آنکه اتمهای نیتروژن و اکسیژن در محیط اتمسفر روی نور خورشید اثر می گذارند.

دلیل آنکه آسمان همیشه آبی است بسیار ساده است. زمانی که نور از میان ذراتی که قطر آنها یک دهم طول موج رنگ نور است می گذرند، پراکنده می شوند.

 نور خورشید از تمام رنگهای نور تشکیل شده است اما به خاطر عناصری که در اتمسفر وجود دارند رنگ آبی بیش از دیگر رنگها پراکنده می شود.

به همین خاطر زمانی که شما در طول روز به آسمان نگاه می کنید آن را آبی می بینید و این به خاطر وجود تمام اتم هایی است که رنگ آبی را به سمت شما پراکنده و پخش می سازند. (  خلاصه آنکه چون رنگهای قرمز،زرد و سبز کم رنگ در عبور از اتم ها به خوبی پخش نمی شوند شما آسمان را آبی می بینید.)

چرا آسمان آبی است ؟

نورمرئی خورشید از همه رنگهای رنگین کمان تشکیل شده که به ترتیب از بالاترین طول موج تا پایین ترین طول موج به صورت زیر است :

قرمز(700 nm)>نارنجی>زرد>سبز>آبی>نیلی>بنفش(400 nm)

 

همه رنگ ها حاصل جمع یا تفریق پذیری نور نیستند. بعضی از رنگ ها، مانند رنگ آسمان آبی پیامد پراکندگی گزینشی هستند. به عنوان موردی مشابه، صوت را در نظر بگیرید. اگر یک باریکه صوتی با بسامدی ویژه به دیاپازنی که بسامدی یکسان با آن دارد برخورد کند، دیاپازن به ارتعاش در می آید و باریکه صوتی را در جهات مختلف منتشر می کند. یعنی دیاپازان صوت را پراکنده می کند. فرایندی مشابه در جوّ با پراکندگی نور خورشید از اتم ها و ذراتی که از هم فاصله دارند روی می دهد.

اتم ها هم مشابه دیاپازنهای نوری ریز رفتار میکنند و امواج نوری تابیده بر آنها را بازگسیل می کنند. ذرات بسیار ریز هم، چنین رفتاری دارند. هر چه ذره ریزتر باشد، بسامد نوری بالاتری را باز گسیل می کند. این وضع مشابه روشی است که زنگ های کوچک نسبت به زنگ های بزرگ با صدای زیرتری به صدا در می آیند. مولکول های نیتروژن و اکسیژن که بخش بزرگی از جوّ را تشکیل می دهند مانند همان زنگ های کوچک هستند. هنگامی که به حدّ کافی انرژی از نور خورشید دریافت می کنند با بسامدهای مختلف منتشر می کنند. هنگامی که نور در جهت های مختلف باز گسیل شود می گویند نور پراکنده شده است.

از بسامدهای مریی نور خورشید، نور بنفش بیشتر از دیگر نورها از اکسیژن و نیتروژن موجود در جو پراکنده می شود.  اگر چه نور بنفش بیشتر از نور آبی پراکنده می شود، امّا چشم های ما نسبت به نور بنفش حساس نیست. بنابر این نور آبی پراکنده شده اثر برتری در بینایی ما دارد و آسمان را آبی می بینیم.

رنگ آسمان آبی در مکان های گوناگون و تحت شرایط مختلف تغییر می کند. بخار آب موجود در جوّ عامل اصلی این تغییرات است. آسمان روزهایی که هوا آرام و خشک است نسبت به روزهایی که هوا آرام و مرطوب است رنگ آبی تیره تری دارد. ایتالیا و یونان که هوای فوق العاده خشکی دارند آسمان آبی زیبایی دارند که قرن ها الهام بخش نقاشان بوده است. در مکان هایی که جوّ حاوی تعداد زیادی ذرات گرد و غبار و دیگر ذرات بزرگتر از اکسیژن و ازت است، نورهای با بسامدهای پایین تر نیز به شدت پراکنده می شوند و این وضع موجب می شود که آسمان، آبی کم رنگ و سفید به نظر آید. هنگامی که جوّ از ذرات اضافی پاک می شود مثلا، پس از یک توفان شدید، رنگ آبیآسمان تیره تر می شود.

مه خاکستری رنگ آسمان بالای شهرهای بزرگ پیامد ذرات گسیل شده در هوا توسط موتور اتومبیل ها و کامیون ها، و یا کارخانه هاست. حتی هنگامی که اتومبیلی در جا کار می کند، برای نمونه موتور آن در هوا بیش از 100 میلیارد ذره در ثانیه گسیل می کند. بیشتر این ذرات مرئی نیستند اما می توانند به عنوان مرکز ریزی برای جذب ذرات دیگر به کار می روند. همین ذرات نورهای با بسامد پایین را پراکنده می کنند. بزرگترین ذرات، نور را بیشتر جذب می کنند تا پراکنده، پیامد این وضع پدیدار شدن مه قهوه ای رنگ است.

چرا غروب ها آسمان قرمز رنگ است ؟

پرتو نوری که پراکنده نشود انتقال پیدا می کند. چون پراکندگی نورهای با بسامد پایین قرمز،نارنجی، و زرد در جوّ بسیار کم است بنابر این آنها بهتر از رنگهای با بسامد بالا در هوا منتقل می شوند. چون پراکندگی نور قرمز کمترین است. بنابر این در جوّ نسبت به دیگر نورها بیشتر منتقل شده و ضخامت بیشتری را می پیماند. هر چه ضخامت جو که باریکه نور از آن می گذرد بیشتر باشد، زمان بیشتری برای پراکندگی اجزاء نور با بسامد بالاتر وجود دارد. یعنی نور قرمز بهترین شرایط را برای حرکت در جو (با پراکنذگی کمتر) دارد. چنانکه در شکل  مشاهده می کنید هنگام غروب نور خورشید ضخامت بیشتری را در جوّ طی می کند و در طول این مسیر نورهای با بسامد بالاتر پراکنده شده اند، از این لحاظ غروب قرمز رنگ است.

هنگام نیم روز نور خورشید برای رسیدن به سطح زمین کمترین مسافت را در جو می پیماید. از نور با بسامد بالا فقط مقدارکمی از نور خورشید پراکنده می شود و این وضع کافی است که رنگ خورشید متمایل به زرد به نظر رسد. چون خورشید در آسمان در ادامه روز پایین می آید شکل مسیر نور خورشید در جوّ طولانی تر شده و نورهای بنفش و آبی بیشتری از نور خورشید پراکنده می شوند. حذف نورهای بنفش و آبی موجب قرمز تر شدن نور انتقال یافته می شود و به تدریج رنگ خورشید قرمز تر شده و از رنگ زرد به نارنجی و در پایان  هنگام غروب به رنگ قرمز نارنجی در می آید. پس از فوران های آتشفشانی رنگ طلوع و غروب خورشید غیر عادی است. زیرا ذرت بزرگتر از مولکول های جوّ در هوا فراوان تر یافت می شوند.

رنگ های غروب خورشید با قوانین آمیزش رنگ ها سازگاری دارد. هنگامی که نور آبی از نور سفید حذف شود رنگ مکمل باقیمانده زرد، و حذف نور بنفش با بسامد بالا رنگ مکمل نارنجی است. هنگامی که نور سبز با بسامد متوسط حذف شود رنگ ارغوانی (گلی) باقی می ماند. ترکیبات رنگها که با شرایط جوّی روز به روز تغییر می کند موجب غروب های گوناگون می شود.

چرا ابرها سفید رنگ هستند ؟                  

ابرها از تجمّع قطره های کوچک آب با اندازه های گوناگون تشکیل شده اند. تجمع قطرات با اندازه های متفاوت موجب تنوع بسامدهای پراکنده شده می شود. یعنی تجمع ریزترین قطرات رنگ آبی و تجمّع کمی بزرگ تر، رنگ سبز و تجمع بزرگترین قطرک ها، رنگ قرمز را پراکنده می کنند. نتیجه کلی سفیدی رنگ ابر است. در یک تجمع چون الکترون ها نزدیک یکدیگرند و همگام با هم ارتعاش می کنند، پراکندگی نور از زمانی که همان تعداد الکترون جدا از هم ارتعاش می کنند بیشتر است . پیامد آن شدت نور بیشتر و در نتیجه درخشان بودن ابرها است.

تجمع قطرک های بزرگتر مقدار زیادی از نور فرودی را جذب می کنند. بنابر این شدت پراکندگی کم است. بنابر این هر چه ابرها از تجمع قطرک های بزرگتری تشکیل شده باشند تاریکترند.

یک ابری که در فاصله حدود 8 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد ، در چنین ارتفاعی تمام ابر تشکیل شده از کریستالهای یخ است وقطرات آب در آن وجود ندارد که در این حالت نور خورشید به طرف بالا منعکس می شود ، این ابرها  در طول روز از دید ناظر بالای ابر سفید و براق هستند و از دید ناظر پایین ابر تیره هستند.

ابرهای طوفانی به علت تراکم و غلظت زیاد نور را در خود جذب می کنند و از روی زمین تیره دیده میشوند اگر چه ما از بالا آنها را سفید براق می بینیم .

رنگ خاکستری ابرها به علت افتادن سایه ابرهای بالایی بر روی آنها یا به علت چگالی زیاد آنها است که باعث جذب نور خورشید توسط آن می شود و مانع عبور نور به پایین می شود .

بار دیگر که آسمان آبی را تحسین می کنید و یا مجذوب شکل ابرهای درخشان و یا تماشاگر غروبی زیبا هستید، به یاد آورید که همه این پدیده ها پیامد ارتعاش دیاپازنهای نوری فوق العاده ریز هستند، هر روز شگفتی های طبیعت را بیشتر ارج می نهید.

نظرات شما عزیزان: