يبدو أن كل طالب مجتهد وغير مجتهد في المدرسة يعرف الألوان التي ينقسم إليها الطيف وما هو كل لون. ومع ذلك، بغض النظر عن مدى جدية دراسة الطفل، فلن يتم الرد على الأسئلة الرئيسية التي أزعجت عقله المضطرب منذ الطفولة المبكرة: لماذا السماء زرقاء ولماذا غروب الشمس أحمر؟
إذا تعمقت قليلاً في الفيزياء، فستجد أن الطيف الأحمر لديه أسوأ تشتت. ولهذا السبب، لكي تكون أضواء الجسم مرئية من بعيد، تكون حمراء. ومع ذلك، لماذا يكون لون غروب الشمس أحمر وليس أزرق أو أخضر؟
دعونا نحاول التفكير بشكل منطقي. عندما تكون الشمس مباشرة في الأفق، يجب أن تتغلب أشعتها على طبقة أكبر بكثير من الغلاف الجوي مما كانت عليه عندما تكون الشمس في ذروتها. ونظرًا لقابلية تشتته المنخفضة، يمر اللون الأحمر عبر هذه الطبقة من الغلاف الجوي دون عوائق تقريبًا، وتتناثر جميع ألوان الطيف الأخرى بقوة شديدة عند مرورها عبر سمك المجال الجوي للأرض لدرجة أنها في الواقع غير مرئية على الإطلاق. ولهذا السبب أصبح لون غروب الشمس أحمر!
ومن هذا يمكننا أن نستنتج أن غروب الشمس سيكون أكثر احمرارا كلما زادت طبقة الغلاف الجوي بين الشمس وأعيننا. أيضًا ، لكي يكون غروب الشمس أكثر احمرارًا ، أو حتى قرمزيًا ، ما عليك سوى أن تصبح غبارًا وتلوث الهواء ، ثم ستتناثر الألوان الأخرى إلى جانب اللون الأحمر بشكل أكبر.
في يوم مشمس صافٍ، تبدو السماء فوقنا زرقاء لامعة. وفي المساء، يلون غروب الشمس السماء باللون الأحمر والوردي والبرتقالي. لم السماء زرقاء؟ما الذي يجعل غروب الشمس أحمر؟
للإجابة على هذه الأسئلة، عليك أن تعرف ما هو الضوء وما يتكون الغلاف الجوي للأرض.
الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات والجسيمات الأخرى التي تحيط بالأرض. يتكون الغلاف الجوي بشكل رئيسي من غازات النيتروجين (78%) والأكسجين (21%). غاز الأرجون والماء (على شكل بخار وقطرات وبلورات ثلج) هما ثاني أكثر الغازات شيوعًا في الغلاف الجوي، ولا يتجاوز تركيزهما 0.93% و0.001% على التوالي. ويحتوي الغلاف الجوي للأرض أيضًا على كميات صغيرة من الغازات الأخرى، بالإضافة إلى جزيئات صغيرة من الغبار والسخام والرماد وحبوب اللقاح والملح التي تدخل الغلاف الجوي من المحيطات.
يختلف تكوين الغلاف الجوي في حدود صغيرة حسب الموقع والطقس وما إلى ذلك. يزداد تركيز الماء في الغلاف الجوي أثناء العواصف، وكذلك بالقرب من المحيط. البراكين قادرة على قذف كميات هائلة من الرماد إلى الغلاف الجوي. يمكن للتلوث الناتج عن الإنسان أيضًا أن يضيف غازات أو غبارًا مختلفًا والسخام إلى التكوين الطبيعي للغلاف الجوي.
تكون كثافة الغلاف الجوي على الارتفاعات المنخفضة بالقرب من سطح الأرض أعظم ما يمكن، ومع زيادة الارتفاع تتناقص تدريجياً. لا توجد حدود واضحة المعالم بين الغلاف الجوي والفضاء.
الضوء هو نوع من الطاقة التي تنتقل عن طريق الأمواج. بالإضافة إلى الضوء، تحمل الموجات أنواعًا أخرى من الطاقة، على سبيل المثال، موجة الصوت هي اهتزاز الهواء. موجة الضوء هي تذبذب للمجالات الكهربائية والمغناطيسية، ويسمى هذا النطاق بالطيف الكهرومغناطيسي.
تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء الخالي من الهواء بسرعة 299.792 كم/ث. وتسمى السرعة التي تنتشر بها هذه الموجات سرعة الضوء.
تعتمد الطاقة الإشعاعية على طول الموجة وترددها. الطول الموجي هو المسافة بين أقرب قمتين (أو قيعان) للموجة. تردد الموجة هو عدد المرات التي تهتز فيها الموجة في الثانية. كلما طالت الموجة، انخفض ترددها، وقلت الطاقة التي تحملها.
الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يمكن رؤيته بأعيننا. قد يبدو الضوء المنبعث من الشمس أو المصباح المتوهج باللون الأبيض، لكنه في الواقع مزيج من ألوان مختلفة. يمكنك رؤية الألوان المختلفة لطيف الضوء المرئي عن طريق تقسيمه إلى مكوناته باستخدام المنشور. ويمكن أيضًا ملاحظة هذا الطيف في السماء على شكل قوس قزح، الناتج عن انكسار ضوء الشمس في قطرات الماء، ليعمل كمنشور عملاق واحد.
تمتزج ألوان الطيف وتتحول باستمرار إلى بعضها البعض. في أحد طرفي الطيف له ألوان حمراء أو برتقالية. تنتقل هذه الألوان بسلاسة إلى الأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. الألوان لها أطوال موجية مختلفة، وترددات مختلفة، وتختلف في الطاقات.
ينتقل الضوء عبر الفضاء في خط مستقيم طالما لا توجد عوائق في طريقه. عندما تدخل موجة ضوئية إلى الغلاف الجوي، يستمر الضوء في السير في خط مستقيم حتى تعترض طريقه جزيئات الغبار أو الغاز. في هذه الحالة، ما يحدث للضوء يعتمد على طول موجته وحجم الجسيمات العالقة في طريقه.
جزيئات الغبار وقطرات الماء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي. ينعكس الضوء في اتجاهات مختلفة عندما يضرب هذه الجزيئات الكبيرة. تنعكس الألوان المختلفة للضوء المرئي بشكل متساوٍ بواسطة هذه الجسيمات. يظهر الضوء المنعكس باللون الأبيض لأنه لا يزال يحتوي على نفس الألوان التي كانت موجودة قبل انعكاسه.
جزيئات الغاز أصغر من الطول الموجي للضوء المرئي. فإذا اصطدمت بهم موجة ضوئية فإن نتيجة الاصطدام قد تكون مختلفة. عندما يصطدم الضوء بجزيء من أي غاز، يتم امتصاص جزء منه. وبعد ذلك بقليل، يبدأ الجزيء في إصدار الضوء في اتجاهات مختلفة. ويكون لون الضوء المنبعث هو نفس اللون الذي تم امتصاصه. لكن الألوان ذات الأطوال الموجية المختلفة يتم امتصاصها بشكل مختلف. يمكن امتصاص جميع الألوان، لكن الترددات الأعلى (الأزرق) يتم امتصاصها بقوة أكبر بكثير من الترددات المنخفضة (الأحمر). تُسمى هذه العملية بتشتت رايلي، نسبةً إلى الفيزيائي البريطاني جون رايلي، الذي اكتشف ظاهرة التشتت هذه في سبعينيات القرن التاسع عشر.
السماء زرقاء بسبب تشتت رايلي. أثناء انتقال الضوء عبر الغلاف الجوي، تمر معظم الأطوال الموجية الطويلة للطيف البصري دون تغيير. فقط جزء صغير من الألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر يتفاعل مع الهواء.
ومع ذلك، يتم امتصاص العديد من الأطوال الموجية الأقصر من الضوء بواسطة جزيئات الغاز. بمجرد امتصاصه، ينبعث اللون الأزرق في جميع الاتجاهات. وهي منتشرة في كل مكان في السماء. بغض النظر عن الاتجاه الذي تنظر إليه، فإن بعضًا من هذا الضوء الأزرق المتناثر يصل إلى الراصد. وبما أن الضوء الأزرق مرئي في كل مكان فوق رؤوسنا، فإن السماء تبدو زرقاء.
إذا نظرت نحو الأفق، فإن السماء سيكون لها لون شاحب. وهذا نتيجة انتقال الضوء لمسافة أكبر عبر الغلاف الجوي للوصول إلى الراصد. وينتشر الضوء المتناثر مرة أخرى في الغلاف الجوي ويصل قدر أقل من الضوء الأزرق إلى عيون الراصد. ولذلك فإن لون السماء بالقرب من الأفق يبدو أكثر شحوبًا أو حتى يبدو أبيضًا تمامًا.
ومن الأرض تظهر الشمس باللون الأصفر. لو كنا في الفضاء أو على القمر لظهرت لنا الشمس بيضاء. لا يوجد جو في الفضاء لتشتيت ضوء الشمس. على الأرض، يتم امتصاص بعض الأطوال الموجية القصيرة لضوء الشمس (الأزرق والبنفسجي) عن طريق التشتت. أما باقي الطيف فيظهر باللون الأصفر.
وأيضاً في الفضاء تظهر السماء داكنة أو سوداء بدلاً من اللون الأزرق. وهذا نتيجة عدم وجود غلاف جوي، وبالتالي لا يتشتت الضوء بأي شكل من الأشكال.
عندما تغرب الشمس، يجب أن يسافر ضوء الشمس مسافة أكبر في الغلاف الجوي للوصول إلى الراصد، لذلك ينعكس المزيد من ضوء الشمس ويتناثر في الغلاف الجوي. وبما أن كمية أقل من الضوء المباشر تصل إلى الراصد، فإن الشمس تبدو أقل سطوعًا. ويظهر لون الشمس مختلفًا أيضًا، حيث يتراوح من البرتقالي إلى الأحمر. يحدث هذا بسبب تشتت المزيد من الألوان ذات الطول الموجي القصير، الأزرق والأخضر. تبقى فقط مكونات الموجة الطويلة من الطيف البصري، والتي تصل إلى عيون المراقب.
يمكن أن يكون للسماء المحيطة بغروب الشمس ألوان مختلفة. تكون السماء أجمل عندما يحتوي الهواء على العديد من جزيئات الغبار أو الماء الصغيرة. تعكس هذه الجسيمات الضوء في جميع الاتجاهات. في هذه الحالة، تنتشر موجات الضوء الأقصر. ويرى الراصد أشعة ضوئية ذات أطوال موجية أطول، ولهذا تظهر السماء باللون الأحمر أو الوردي أو البرتقالي.
الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات والمواد الأخرى التي تحيط بالأرض على شكل قشرة رقيقة معظمها شفافة. الغلاف الجوي ثابت في مكانه بفعل جاذبية الأرض. المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (78.09%) والأكسجين (20.95%) والأرجون (0.93%) وثاني أكسيد الكربون (0.03%). ويحتوي الغلاف الجوي أيضًا على كميات صغيرة من الماء (في أماكن مختلفة يتراوح تركيزه من 0% إلى 4%)، وجزيئات صلبة وغازات النيون والهيليوم والميثان والهيدروجين والكريبتون والأوزون والزينون. العلم الذي يدرس الغلاف الجوي يسمى الأرصاد الجوية.
لن تكون الحياة على الأرض ممكنة بدون وجود الغلاف الجوي الذي يزودنا بالأكسجين الذي نحتاجه للتنفس. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الغلاف الجوي وظيفة مهمة أخرى - فهو يساوي درجة الحرارة في جميع أنحاء الكوكب. إذا لم يكن هناك غلاف جوي، فقد تكون هناك حرارة شديدة في بعض الأماكن على الكوكب، وفي أماكن أخرى شديدة البرودة، ويمكن أن يتقلب نطاق درجة الحرارة من -170 درجة مئوية في الليل إلى +120 درجة مئوية خلال النهار. كما يحمينا الغلاف الجوي من الإشعاعات الضارة القادمة من الشمس والفضاء، حيث يمتصها ويشتتها.
من إجمالي كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض، ينعكس ما يقرب من 30٪ عن طريق السحب وسطح الأرض إلى الفضاء. يمتص الغلاف الجوي ما يقرب من 19% من إشعاع الشمس، ويمتص سطح الأرض 51% فقط.
للهواء وزن رغم أننا لا ندركه ولا نشعر بضغط عمود الهواء. عند مستوى سطح البحر، يبلغ هذا الضغط جوًا واحدًا، أو 760 ملم زئبق (1013 مليبار أو 101.3 كيلو باسكال). ومع زيادة الارتفاع، ينخفض الضغط الجوي بسرعة. وينخفض الضغط 10 مرات مع كل زيادة في الارتفاع 16 كم. وهذا يعني أنه عند ضغط جوي واحد عند مستوى سطح البحر، وعلى ارتفاع 16 كم، سيكون الضغط 0.1 ضغط جوي، وعلى ارتفاع 32 كم - 0.01 ضغط جوي.
تبلغ كثافة الغلاف الجوي في طبقاته السفلية 1.2 كجم/م3. يحتوي كل سنتيمتر مكعب من الهواء على ما يقرب من 2.7*1019 جزيء. وعلى مستوى الأرض، يتحرك كل جزيء بسرعة حوالي 1600 كيلومتر في الساعة، ويصطدم بالجزيئات الأخرى 5 مليارات مرة في الثانية.
كما تتناقص كثافة الهواء بسرعة مع زيادة الارتفاع. على ارتفاع 3 كم، تنخفض كثافة الهواء بنسبة 30٪. يعاني الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من مستوى سطح البحر من مشاكل مؤقتة في التنفس عند رفعهم إلى هذا الارتفاع. أعلى ارتفاع يعيش فيه الناس بشكل دائم هو 4 كم.
يتكون الغلاف الجوي من طبقات مختلفة، ويحدث الانقسام إلى هذه الطبقات حسب درجة حرارتها وتركيبها الجزيئي وخواصها الكهربائية. ليس لهذه الطبقات حدود محددة بوضوح، فهي تتغير موسميا، وبالإضافة إلى ذلك، تتغير معلماتها عند خطوط العرض المختلفة.
ارتفاع الحدود العليا التروبوسفيريعتمد على المواسم وخطوط العرض. وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع حوالي 16 كيلومتراً عند خط الاستواء، وإلى ارتفاع 9 كيلومترات عند القطبين الشمالي والجنوبي.
الستراتوسفير- تمتد من ارتفاع 11 كم إلى 50 كم تقريبًا.
الميزوسفير- يمتد إلى ارتفاعات حوالي 100 كم.
الغلاف الحراري- تمتد إلى ارتفاعات حوالي 400 كم.
اكسوسفير- يمتد لمئات الكيلومترات خارج الغلاف الحراري، وينتقل تدريجياً إلى الفضاء الخارجي.
الضوء المرئي هو نوع من الطاقة التي يمكنها السفر عبر الفضاء. ويظهر ضوء الشمس أو المصباح المتوهج باللون الأبيض، مع أنه في الحقيقة خليط من جميع الألوان. الألوان الأساسية التي يتكون منها اللون الأبيض هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. تتحول هذه الألوان باستمرار إلى بعضها البعض، لذلك بالإضافة إلى الألوان الأساسية هناك أيضًا عدد كبير من الظلال المختلفة. كل هذه الألوان والظلال يمكن ملاحظتها في السماء على شكل قوس قزح يظهر في منطقة ذات رطوبة عالية.
الهواء الذي يملأ السماء بأكملها عبارة عن خليط من جزيئات الغاز الصغيرة والجسيمات الصلبة الصغيرة مثل الغبار.
عندما يمر ضوء الشمس عبر الهواء، فإنه يواجه الجزيئات والغبار. عندما يصطدم الضوء بجزيئات الغاز، يمكن أن ينعكس الضوء في اتجاهات مختلفة. بعض الألوان، مثل الأحمر والبرتقالي، تصل إلى المراقب مباشرة عن طريق مرورها مباشرة عبر الهواء. لكن معظم الضوء الأزرق ينعكس من جزيئات الهواء في كل الاتجاهات. وهذا ينثر الضوء الأزرق في جميع أنحاء السماء ويجعلها تبدو زرقاء.
عندما ننظر للأعلى، يصل بعض هذا الضوء الأزرق إلى أعيننا من جميع أنحاء السماء. وبما أننا نرى اللون الأزرق في كل مكان فوق رؤوسنا، فإن السماء تبدو زرقاء.
لا يوجد هواء في الفضاء الخارجي. وبما أنه لا توجد عوائق يمكن أن ينعكس عنها الضوء، فإن الضوء ينتقل مباشرة. أشعة الضوء ليست متناثرة، وتظهر "السماء" مظلمة وسوداء.
لإجراء هذه التجربة ستحتاج:
كيفية إجراء التجربة:
ماذا يحدث: يعمل الماء والمرآة كمنشور، حيث يقسمان الضوء إلى مكونات ألوان الطيف. يحدث هذا لأن أشعة الضوء، التي تنتقل من وسط (الهواء) إلى آخر (الماء)، تغير سرعتها واتجاهها. وتسمى هذه الظاهرة الانكسار. تنكسر الألوان المختلفة بشكل مختلف، وتكون الأشعة البنفسجية أكثر تثبيطًا وتغير اتجاهها بقوة أكبر. تتباطأ الأشعة الحمراء وتغير اتجاهها بشكل أقل. يتم فصل الضوء إلى الألوان المكونة له ويمكننا رؤية الطيف.
المواد المطلوبة للتجربة:
إجراء التجربة:
ما يحدث في هذه التجربة هو أن جزيئات صغيرة من الحليب المعلقة في الماء تشتت الضوء القادم من مصباح يدوي بنفس الطريقة التي تشتت بها الجزيئات والجزيئات الموجودة في الهواء ضوء الشمس. عند إضاءة كوب من الأعلى يظهر الماء مزرقًا نظرًا لتناثر اللون الأزرق في جميع الاتجاهات. عندما تنظر مباشرة إلى الضوء عبر الماء، يظهر الضوء الصادر من الفانوس باللون الأحمر بسبب إزالة بعض الأشعة الزرقاء بسبب تشتت الضوء.
سوف تحتاج:
كيفية إجراء التجربة:
شرح الظاهرة المشاهدة: الألوان التي تم طلاء القطاعات الموجودة على القرص بها هي المكونات الرئيسية لألوان الضوء الأبيض. عندما يدور القرص بسرعة كافية، يبدو أن الألوان تندمج ويظهر القرص باللون الأبيض. حاول تجربة مجموعات الألوان الأخرى.
>> لماذا الشمس حمراء؟
لماذا تتحول الشمس إلى اللون الأحمر عند غروب الشمس؟: رسم تخطيطي لحركة نجم عبر سماء الأرض، وملامح الغلاف الجوي للكوكب وانكسار الضوء، الطرف الأحمر من الطيف.
لماذا الشمس حمراء؟ سؤال مذهل. بعد كل شيء، يمكننا أن نلاحظ أنه في كثير من الأحيان عند غروب الشمس تتحول الشمس إلى اللون الأحمر، وترسم السماء بظلال دموية. كيف يحدث هذا ولماذا لونه أحمر؟ أبسط إجابة هي أن الضوء ينكسر بواسطة الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي وكل ما نراه هو الطرف الأحمر من الطيف. لكي تفهم بشكل أفضل، يجب أن يكون لديك فهم أساسي لكيفية تصرف الضوء في الهواء، وتكوين الغلاف الجوي، ولون الضوء، والأطوال الموجية، وتشتت رايلي.
يعد الغلاف الجوي أحد العوامل الرئيسية في تحديد لون غروب الشمس. يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل رئيسي من الغازات مع إضافة جزيئات أخرى. ويؤثر ذلك على ما يمكن رؤيته في كل اتجاه حيث أن الغلاف الجوي يحيط بالأرض بالكامل. الغازات الأكثر شيوعًا هي النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). وتتكون نسبة الواحد في المائة المتبقية من الغازات النزرة مثل الأرجون وبخار الماء، وعناصر صلبة أكثر دقة مثل الغبار والسخام والرماد وحبوب اللقاح والأملاح من المحيطات. قد يكون هناك المزيد من الماء في الغلاف الجوي بعد المطر، أو بالقرب من المحيط. يمكن للبراكين أن تقذف كميات كبيرة من جزيئات الغبار إلى الغلاف الجوي. يمكن أن يشمل التلوث مجموعة متنوعة من الغازات والغبار والسخام.
ثم عليك أن تنظر إلى موجات الضوء ولون الضوء. الضوء هو الطاقة التي تنتقل في موجات. الضوء عبارة عن موجة من المجالات الكهربائية والمغناطيسية المهتزة، والتي تعتبر جسيمًا من النطاق الكهرومغناطيسي. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء بسرعة الضوء (299.792 كم/ثانية). تعتمد طاقة الانبعاث على الطول الموجي والتردد.
طول الموجة هو المسافة بين قمم الأمواج. التردد هو عدد الموجات التي تنتقل في كل ثانية. كلما زاد الطول الموجي للضوء، انخفض التردد، وقلت الطاقة التي يحتوي عليها. الضوء المرئي هو جزء من النطاق الكهرومغناطيسي الذي نراه. قد يبدو الضوء الصادر من المصباح الكهربائي باللون الأبيض، إلا أنه عبارة عن مزيج من عدة ألوان. قوس قزح هو تأثير المنشور الطبيعي. يتم دمج نغمات الطيف مع بعضها البعض، ولها أطوال موجية وترددات وطاقات مختلفة. اللون البنفسجي لديه أقصر طول موجي، مما يعني أنه يحتوي على التردد والطاقة الأكثر أهمية. الأحمر لديه أطول الأطوال الموجية وأدنى التردد والطاقة.
ولجمع كل هذا معًا، يجب علينا أن ننظر إلى عمل الضوء في هواء كوكبنا. ما يحدث للضوء يعتمد على الطول الموجي للضوء وحجم الجسيمات. جزيئات الغبار وقطرات الماء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء المرئي، لذا فهي ترتد في اتجاهات مختلفة. ويظهر الضوء المنعكس باللون الأبيض لأنه لا يزال يحتوي على نفس الألوان، ولكن جزيئات الغاز أصغر من الطول الموجي للضوء المرئي. عندما يضربهم الضوء، فإنه يعمل بشكل مختلف. بمجرد أن يصل جزيء الغاز إلى الضوء، يمكن امتصاص جزء منه. وفي وقت لاحق، يصدر الجزيء الضوء في اتجاهات مختلفة. اللون المنبعث هو نفس اللون الذي تم امتصاصه. الألوان المختلفة للضوء لها تأثيرات مختلفة. يمكن امتصاص جميع الألوان، لكن الترددات الأعلى (الأزرق) يتم امتصاصها أكثر من الترددات المنخفضة (الأحمر). وتسمى هذه العملية بتشتت رايلي.
إذن الجواب على السؤال لماذا الشمس حمراء؟ التالي: عند غروب الشمس، يجب أن يسافر الضوء مسافة أبعد عبر الغلاف الجوي قبل أن يصل إليك، فينعكس ويتشتت أكثر، وتخرج الشمس من الظلام. يتغير لون الشمس من البرتقالي إلى الأحمر بسبب وجود المزيد من الموجات الزرقاء والخضراء المتناثرة الآن وتبقى الموجات الأطول (البرتقالية والحمراء) مرئية فقط.
على الرغم من التقدم العلمي والوصول المجاني إلى العديد من مصادر المعلومات، فمن النادر أن يتمكن الشخص من الإجابة بشكل صحيح على سؤال لماذا السماء زرقاء.
ويتكون الضوء الأبيض - وهو ما تبعثه الشمس - من سبعة أجزاء من طيف الألوان: الأحمر، والبرتقالي، والأصفر، والأخضر، والأزرق، والنيلي، والبنفسجي. القافية الصغيرة المعروفة في المدرسة - "كل صياد يريد أن يعرف أين يجلس الدراج" - تحدد بدقة ألوان هذا الطيف من خلال الأحرف الأولى من كل كلمة. كل لون له طوله الموجي للضوء: الأحمر هو الأطول، والبنفسجي هو الأقصر.
تتكون السماء (الغلاف الجوي) المألوفة لدينا من جزيئات دقيقة صلبة وقطرات صغيرة من جزيئات الماء والغاز. لفترة طويلة، كانت هناك العديد من الافتراضات الخاطئة التي تحاول تفسير سبب لون السماء باللون الأزرق:
وقد أيد العديد من العلماء المشهورين هذه الفرضيات، لكن الأبحاث التي أجراها عالم الفيزياء الإنجليزي جون رايلي أظهرت أن الجسيمات الصلبة ليست السبب الرئيسي لتشتت الضوء. إن جزيئات الغازات الموجودة في الغلاف الجوي هي التي تفصل الضوء إلى مكونات ملونة. شعاع أبيض من ضوء الشمس، يصطدم بجسيم غازي في السماء، وينثر (ينثر) في اتجاهات مختلفة.
وعندما يصطدم بجزيء غاز، فإن كل مكون من الألوان السبعة للضوء الأبيض يتناثر. وفي الوقت نفسه، فإن الضوء ذو الموجات الأطول (المكون الأحمر من الطيف، والذي يتضمن أيضًا البرتقالي والأصفر) يتشتت بشكل أقل من الضوء ذو الموجات القصيرة (المكون الأزرق من الطيف). ولهذا السبب، بعد التشتت، يبقى في الهواء ثمانية أضعاف ألوان الطيف الأزرق مقارنة باللون الأحمر.
على الرغم من أن اللون البنفسجي لديه أقصر طول موجي، إلا أن السماء لا تزال تبدو زرقاء بسبب خليط الموجات البنفسجي والأخضر. بالإضافة إلى ذلك، ترى أعيننا اللون الأزرق بشكل أفضل من اللون البنفسجي، بالنظر إلى نفس السطوع لكليهما. هذه الحقائق هي التي تحدد نظام ألوان السماء: الغلاف الجوي مليء حرفيًا بأشعة اللون الأزرق والأزرق.
ومع ذلك، السماء ليست دائما زرقاء. السؤال الذي يطرح نفسه بطبيعة الحال: إذا كنا نرى السماء زرقاء طوال اليوم، فلماذا يكون غروب الشمس أحمر؟ لقد اكتشفنا أعلاه أن اللون الأحمر هو الأقل تشتتاً بواسطة جزيئات الغاز. أثناء غروب الشمس، تقترب الشمس من الأفق ويتجه شعاع الشمس نحو سطح الأرض ليس بشكل عمودي، كما هو الحال في النهار، ولكن بزاوية.
ولذلك فإن المسار الذي يسلكه عبر الغلاف الجوي أطول بكثير مما يقطعه خلال النهار عندما تكون الشمس مرتفعة. ولهذا السبب، يتم امتصاص الطيف الأزرق والأزرق في طبقة سميكة من الغلاف الجوي، ولا يصل إلى الأرض. وتصل موجات الضوء الأطول من الطيف الأحمر والأصفر إلى سطح الأرض، وتلوين السماء والسحب باللونين الأحمر والأصفر المميزين لغروب الشمس.
دعونا نتطرق إلى موضوع السحب. لماذا توجد سحب بيضاء في السماء الزرقاء؟ أولا، دعونا نتذكر كيف يتم تشكيلها. الهواء الرطب المحتوي على بخار غير مرئي، يسخن على سطح الأرض، يرتفع ويتمدد لأن ضغط الهواء أقل في الأعلى. ومع توسع الهواء، فإنه يبرد. عندما يصل بخار الماء إلى درجة حرارة معينة، فإنه يتكثف حول الغبار الجوي والمواد الصلبة العالقة الأخرى، مما يؤدي إلى تتجمع قطرات صغيرة من الماء لتشكل سحابة.
على الرغم من صغر حجمها نسبيًا، إلا أن جزيئات الماء أكبر بكثير من جزيئات الغاز. وإذا تفرقت أشعة الشمس عند التقاء جزيئات الهواء، فعند التقاء قطرات الماء ينعكس الضوء عنها. في هذه الحالة، فإن شعاع ضوء الشمس الأبيض في البداية لا يغير لونه وفي نفس الوقت "يلون" جزيئات السحب باللون الأبيض.
