Gözlemlenen gökyüzünün renkleri günün saatlerine göre değişir. Bulutsuz koşullarda, öğleden sonra saatlerinde yoğun bir mavi görünür, ancak gün doğumu ve gün batımında sarı, turuncu ve kırmızı renkler görünür. Gökyüzünde gördüğümüz renkler, Rayleigh saçılması adı verilen optik bir fenomenin sonucudur.
Elektromanyetik dalga olarak ışık
Güneş’ten gelen ışık elektromanyetik bir dalgadan başka bir şey değildir. Elektromanyetik radyasyon, enerjinin uzayda yayılma yollarından biridir. Elektromanyetik dalgalar, örneğin frekans, uzunluk vb. karakteristik parametrelerine göre sıralanırsa, bir spektrum elde ederiz. Elektromanyetik spektrum, evrende var olan tüm radyasyon türlerini temsil eder. Görünür ışık (380 nm ila 780 nm aralığında), tüm elektromanyetik spektrumun sadece küçük bir kısmı, yani görebildiğimiz kısımdır. Hem bir dalga gibi hem de bir parçacık akışı gibi davranır. Bu fenomene dalga-parçacık ikiliği denir. Beyaz ışık, ana renkler olarak adlandırılan birkaç basit rengin birleştirilmesiyle oluşturulur. Örneğin bir gökkuşağı (su damlacıkları içinde dağılmış beyaz ışık) olarak görünürler. Beyaz ışığa karşılık gelen elektromanyetik spektrum içinde, kırmızı ışık en uzun dalga boyuna, mor ışık ise en kısa dalga boyuna sahiptir.
Neden belirli renkleri görüyoruz?
Beyaz ışık spektrumunun her bir aralığı, atanan belirli renklere sahiptir. Belirli bir nesneye düşen bu tür radyasyon, onun tarafından emilecek veya yansıtılacaktır. Örneğin, yeşil dalga boyu hariç, ışığı alan bir yaprak onu soğurur. Spektrumun emilmeyen kısmı her yöne dağılır. Bu radyasyonun bir kısmı göze ulaşacak ve beyin yaprağın yeşil olduğunu “söyleyecek”. Diğer renkleri de benzer şekilde gözlemliyoruz, örneğin çilek kırmızısı. Burada daha fazlasını okuyun.
Rayleigh saçılması
Gökyüzüne baktığımızda, aslında atmosferin Dünya yüzeyinden görünen kısmını gözlemliyoruz. Güneş’ten gelen ışık dalgası düz bir çizgide ilerlemez. Yolunda bir takım engellerle karşılaşır. Bunlar havada asılı duran birçok molekül (esas olarak nitrojen ve oksijen), toz, su damlacıkları ve buz kristalleridir. Görünür ışığın saçılmasına, yansımasına veya emilmesine neden olurlar. Radyasyonun Dünya’ya ulaşması için tüm bu engelleri aşması gerekir. Atmosferde asılı duran parçacıkların üzerine düştüğünde ışığın dağıldığı ve tüm spektrumdan en çok mavi rengin etkilendiği ortaya çıktı. Bu etki Rayleigh saçılması olarak adlandırılır ve gökyüzünün mavi renginden sorumludur. 1899’da John Rayleigh, saçılan ışığın yoğunluğunun dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olduğunu kanıtladı. Bu, mavi ışığın (gökyüzünde gördüğümüz), beyaz ışık spektrumunda daha kısa bir dalga boyuna sahip olduğu için kırmızı ışıktan dört kat daha fazla dağıldığı anlamına gelir. Ancak menekşe rengine karşılık gelen dalga boyları daha kısadır, bu nedenle gökyüzü mor olmalıdır. Neden öyle değil? Bu fenomenin nedenlerinden biri, Dünya’ya ulaşan mor radyasyon yoğunluğunun çok daha düşük olmasıdır. Ayrıca gözlerimiz mavi ışığa kıyasla mor ışığa birkaç yüz kat daha az duyarlıdır. 
Gökyüzünün diğer renkleri
Gökyüzünü görme şeklimiz, mavi renkten sorumlu olan kısa dalga boylarının uzun dalga boylarından çok daha güçlü bir şekilde dağıldığını belirten Rayleigh saçılması olgusundan kaynaklanır. Ancak gündüzleri gökyüzünün rengi değişir. Mavi gökyüzü öğleden sonra sadece birkaç saat gözlemlenir. Neden gün doğumu ve gün batımında değişiyor? Neden güneş battığında gökyüzünün rengi maviden sarıya ve sonunda yoğun kırmızıya dönüyor? Bu, güneş ışınlarının Dünya’ya ulaşmak için kat etmesi gereken yolla ilgilidir. Güneş gök kubbede ne kadar alçalırsa, bu mesafe o kadar büyük olur. Bu nedenle beyaz ışık küçük bir açıyla düşer ve daha kısa dalga boyları, yani mor ve mavi renklere atananlar çok fazla dağılır ve gözlemcinin gözüne ulaşmaz. Yalnızca uzun dalga boylarının karakteristik renkleri, yani sarı ve kırmızı görünür. Gün batımında gökyüzünün karakteristik rengini oluştururlar. Bir merak olarak, Rayleigh tarafından önerilen formülün atmosferde asılı duran küçük parçacıklar üzerinde saçılma anlamına geldiğini belirtmekte fayda var. Örneğin su damlaları veya buz kristalleri ile ilgili değildir. Daha büyük türler üzerine saçılma, 1908’de açıklanan Mie çözümü ile açıklanır. Örneğin su ve buz parçacıklarından oluşan bulutların üzerine düşen beyaz ışığın, dalga boyuna bakılmaksızın eşit şekilde dağıldığını söyler. Sonuç olarak, bulutlar beyaz görünür. Ayrıca okuyun:renkleri nasıl tanımlarız ?
