Zašto je nebo plavo?

SUPER NAUKA Zašto je nebo plavo? (Lipanj 2019).

Anonim

Mozak je šira od neba, piše Emily Dickinson u jednoj od njezinih bezimenih pjesama. Čuveni zbog svoje uzvišene kratkoročnosti, izbor njezinih riječi nije prekomjeran, niti pretjeran da ostavi nezadovoljan. Prave su riječi uvijek najsvjetlije slike. Razmislite kako njezina usporedba odmah privlači neizmjerno nebo, nebo zračilo plavom.

Plavo nebo prolazi diskom zasljepljujuće svjetlosti koja zrači žutim na početku uspona, bijele na vrhu i viskozna mješavina krvi crvene i narančaste kad se konačno postavlja. Disk se često skriva iza akromatskih oblaka koji su nepravilno blotkani po nebu. Poput kraj guste četke, disk klizi po cijelom nebu i mijenja boje. Osim za oblake, koji održavaju svoju akromatiku.

Svijetlo plavo nebo. (Foto: Aleksander Niz / Shutterstock)

Najočitijija pitanja se javljaju - zašto su ti elementi prirode obojeni na ovaj poseban način? Spremimo se na potjeru i odmah se raspitati kakav je fizički mehanizam doveo do ove konvencije? Slavljeni mehanizam poznat je kao Rayleigh raspršenje.

Tyndal efekt i Rayleigh raspršivanje

Duge se formiraju kapljicama kiše koje se ponašaju kao prizmi. (Foto kredit: Udruga svemirskih znanosti sveučilišta)

Bijelo svjetlo, kako je Newton tako raskošno pokazao, može se podijeliti u sedam različitih boja. Bijelo svjetlo je jedan dio samog elektromagnetnog spektra. Ona predstavlja jedini val valnih duljina koje ljudsko oko može otkriti. Njegovi sastojci dalje dijele ovaj val valnih duljina u sedam tanja bendova. Rayleigh je otkrio da kada se čestice u zraku sudaraju sa sunčevim svjetlom, raspršuju te valne duljine u svim smjerovima. Međutim, neke od tih valnih duljina raspršuju se intenzivnije od ostalih valnih duljina.

Pronašao je odnos prema kojemu je količina valne duljine raspršena obrnuto proporcionalna valnoj duljini koja se podigla na četvrtu snagu. To podrazumijeva da boje karakterizirane manjim valnim duljinama šire se učinkovitije. Iako valne duljine mjere u mjerilu nanometara, eksponencijalna operacija pojačava i malu razliku - brz izračun bi prenio da je valna duljina povezana s plavom raspršena gotovo deset puta više od valne duljine povezane s crvenom.

Raspršenje valnih duljina česticama na ovaj način je prilično uobičajeno znanje. Međutim, postoji zabluda o entitetima koji ih raspršuju. Veliki udio ljudi lažno pretpostavlja i objavljuje da se ovo raspršenje izvodi plinovima ili česticama prašine. Čak su i Rayleigh i Tyndall bili zavedeni tim uvjerenjem. To, međutim, nije točno. Interakcija svjetlosti i čestica može uzrokovati da prva osoba reflektira, savijati, prizmu ili raspršuje slučajno. Znamo da je plavo neba uzrokovano raspršivanjem, osobito Rayleighovim raspršivanjem.

Međutim, Rayleigh raspršivanje može se pojaviti ako i samo ako je veličina čestica koje se sudaraju s usporedivim ili manjim od njegove valne duljine. Čestice prašine ili plinova, prirodne ili na drugi način, veće su u veličini. Zapravo, ako su čestice prašine pravi zavjerenici, boja neba neprestano se mijenja s vremenom. Einstein je kasnije otkrio da su molekule odgovorne za takvo raspršenje svjetlosti. Njihovi momenti dipola inducirani su interakcijom s EM poljem koje raspršuje ove valne duljine. Znanstvenici sada su suzili vrstu molekula na dušik i kisik.

Međutim, nebo se prepušta svom plavom i pretpostavlja crvenu plišanu kosu kad se zalazi sunce. To je zato što je svjetlost od sunca dužna putovati duže, kada je blizu horizonta nego kada je izravno iznad nas. To potiče svjetlost da prođe kroz više zraka, uzrokujući da se sudaraju s više i više čestica, tako da se sva plava razbije; sve što je ostalo su valne duljine koje su slične crvenom. Slijedom toga, crvena, narančasta i žuta prolaze ravno do našeg oka.

Zalasci sunca iznad mora često su narančasti zbog slanih čestica koje su suspendirane u zraku iznad njih. Krediti: Diana Savich / Shutterstock

Što se tiče blještavosti oblaka, oni ustrajati da budu prekriveni nijansi sive, jer su njihove sastavne čestice, koje su veće od valne duljine svjetlosti, doživjeti drugačiji oblik raspršivanja. Taj fenomen raspršuje svaku valnu duljinu svjetlosti jednako, odražavajući nijanse od pamučne bijele do introspektivne sive. Scattering je također svjedok na Marsu, gdje je nebo često potpuno crveno. To je zbog zasićenosti željeza u zraku koji se rasprostire u prašnim olujama.

Međutim, netko bi se pogriješio generalizirati s slika i pretpostaviti da je nebesko Marševo stalno crveno. Ponekad, u odsutnosti oluja, marsijsko nebo obojeno je određeno plavo, tamnije od plave neba, jer je atmosfera tanji od našeg.

Zašto ne ljubičasta?

Čunjevi su klasterirani tako da se valne duljine preklapaju i kombiniraju jedna s drugom asimetrično kako bi se proizvela mnoštvo različitih boja koje nalazimo oko nas.

Vizualni sustav nije poput razvrstača novčića, gdje se svaka valna duljina odvaja i skuplja pomoću konusa. Čunjevi su klasterirani tako da se valne duljine preklapaju i kombiniraju jedna s drugom asimetrično kako bi se proizvela mnoštvo različitih boja koje vidimo oko nas. Zapravo, tri osnovne boje su sve što televizija zahtijeva da simuliraju izuzetne nijanse i percepcije dubine koju promatramo u stvarnosti!

Kada okrenemo pogled na nebo, crvenu čunjku stimuliraju crvene, žute i narančaste valne duljine, zeleni čunj odgovara na neke žute i snažno rasute zeleno-plave valne duljine, a konačno, plavi konus hrani se na većinu obilnih rasutih valne duljine plave boje. Međutim, budući da stimulacija nije apsolutna, ali nerazmjerna, indigo i violet istodobno istovremeno istražuju plavu i crvenu konusu. Neto učinak je da se te boje "nestaju", čineći nebo blijedo plavo s crvenom bojom.

Crveno nebo

U osnovi, naše oči nisu sasvim osjetljive na ljubičasto i indigo i umjesto toga čine generalizaciju kako bi zaštitili pedantan, energetski izračunavanje. Biti tako adeptly naviknut na okoliš, fenomen je njeguje i ukorijenjen u nama. Ova generalizacija kako bi vidjela nebo kao čistu nijansu možda nije puka slučajnost; sposobnost razdvajanja prirodnih boja vjerojatno je evolucijska prednost.