Varför är himlen blå?

Ljus som en elektromagnetisk våg

Ljuset som kommer från solen är inget annat än en elektromagnetisk våg . Elektromagnetisk strålning är ett av sätten som energin sprids genom rymden. Om elektromagnetiska vågor ordnas efter deras karakteristiska parametrar, t.ex. frekvens, längd etc., får vi ett spektrum. Det elektromagnetiska spektrumet representerar alla typer av strålning som finns i universum. Synligt ljus (från 380 nm till 780 nm) är bara en liten del av hela det elektromagnetiska spektrumet, nämligen den del som vi kan se. Den beter sig både som en våg och som en ström av partiklar. Detta fenomen kallas våg-partikeldualitet. Vitt ljus skapas genom att kombinera flera enkla färger, så kallade primärfärger. De är synliga till exempel som en regnbåge (vitt ljus spritt i vattendroppar). Inom det elektromagnetiska spektrum som motsvarar vitt ljus har rött ljus den längsta våglängden och violett ljus har den kortaste.

Varför ser vi specifika färger?

Varje område av det vita ljusspektrumet har specifika färger tilldelade. Sådan strålning som faller på ett visst föremål kommer att absorberas eller reflekteras av det. Till exempel absorberar ett löv som tar emot ljus det, med undantag för den gröna våglängden. Det oabsorberade fragmentet av spektrumet är spritt i alla riktningar. En del av denna strålning når ögat och hjärnan kommer att "berätta" att bladet är grönt. Vi observerar andra färger på liknande sätt, t.ex. jordgubbsrött. Läs mer här .

Rayleigh sprider sig

När vi tittar på himlen, observerar vi faktiskt den del av atmosfären som är synlig från jordens yta. Ljusvågen som kommer från solen går inte i en rak linje. Den stöter på ett antal hinder på sin väg. Dessa är många molekyler (främst kväve och syre), damm, vattendroppar och iskristaller som svävar i luften. De orsakar spridning av synligt ljus, dess reflektion eller absorption. För att strålning ska nå jorden måste den passera genom alla dessa hinder. Det visar sig att när det faller på partiklar suspenderade i atmosfären sprids ljuset, och från hela spektrumet är den blå färgen mest påverkad. Denna effekt kallas Rayleigh-spridning och är ansvarig för den blå färgen på himlen. 1899 bevisade John Rayleigh att intensiteten av spritt ljus är omvänt proportionell mot våglängdens fjärde potens. Det betyder att blått ljus (som vi ser på himlen) är fyra gånger mer spritt än rött ljus eftersom det har en kortare våglängd i det vita ljusspektrumet. Våglängderna som motsvarar violett färg är dock kortare, så himlen bör vara lila. Varför är det inte så? En av anledningarna till detta fenomen är att intensiteten av violett strålning som når jorden är mycket lägre. Dessutom är våra ögon flera hundra gånger mindre känsliga för violett ljus jämfört med blått.

Andra färger på himlen

Sättet vi ser himlen på orsakas av fenomenet Rayleigh-spridning, som säger att korta våglängder, ansvariga för den blå färgen, är mycket starkare spridda än långa våglängder. Himlens färg ändras dock under dagen. Den blå himlen observeras bara några timmar på eftermiddagen. Varför ändras det vid soluppgång och solnedgång? Varför är det så att när solen går ner ändras himlens färg från blå, genom gul och slutligen till intensiv röd? Detta är relaterat till den väg som solens strålar måste gå för att nå jorden. Ju lägre solen lyser i det himmelska valvet, desto större är detta avstånd. Vitt ljus faller därför i en liten vinkel och kortare våglängder, dvs de som tilldelas violetta och blåa färger, sprids för mycket och når inte betraktarens öga. Endast de färger som är karakteristiska för långa våglängder, dvs gult och rött, är synliga. De orsakar den karakteristiska färgen på himlen vid solnedgången. Som en kuriosa är det värt att nämna att formeln som föreslås av Rayleigh hänvisar till spridning på små partiklar suspenderade i atmosfären. Det relaterar inte till t.ex. vattendroppar eller iskristaller. Spridning på större arter förklaras av Mie-lösning, beskriven 1908. Den säger att vitt ljus som faller på till exempel moln, som består av vatten och ispartiklar, är lika utspridda oavsett våglängd. Som ett resultat ser molnen vita ut. Läs också:hur beskriver vi färger ?