Den där perfekta blå himlen som är präglad av moln är komplimanger för Rayleigh-spridning. Manuel Breva Colmeiro/Moment/Getty Images Blå himmel, ler mot mig / ser ingenting annat än blå himmel ... - Irving Berlin Om du någonsin undrat varför, som Irving Berlin, du ser "ingenting annat än blå himmel, "du är i gott sällskap. Det tog många århundraden och många smarta människor - inklusive Aristoteles, Isaac Newton, Thomas Young, James Clerk Maxwell och Hermann von Helmholtz - för att pussla ut svaret, delvis för att lösningen omfattar så många komponenter:färgerna i solljus, vinkeln vid vilken solbelysning rör sig genom atmosfären, storleken på luftburna partiklar och atmosfäriska molekyler, och hur våra ögon uppfattar färg.
Låt oss ta himlen ur ekvationen ett ögonblick och börja med att titta på färg. Ur fysik, färg hänvisar till våglängderna för synligt ljus som lämnar ett föremål och träffar en sensor, som ett mänskligt öga. Dessa våglängder kan reflekteras, eller spridd , från en extern källa, eller de kan komma från själva objektet.
Färgen på ett objekt ändras beroende på färgerna i ljuskällan; till exempel, röd färg, sett under blått ljus, ser svart ut. Isaac Newton demonstrerade med ett prisma att solens vita ljus innehåller alla färger i det synliga spektrumet, så alla färger är möjliga i solljus.
I skolan, de flesta av oss lärde oss att en banan verkar gul eftersom den reflekterar gult ljus och absorberar alla andra våglängder. Detta är inte korrekt. En banan sprider lika mycket orange och rött som det gör gult, och sprider alla färger i det synliga intervallet till viss del eller annan [källa:Bohren]. Den verkliga anledningen till att det ser gult ut relaterar till hur våra ögon känner ljus. Innan vi går in på det, dock, låt oss titta på vilken färg himlen faktiskt har.
Vi ska göra det nästa.
Som bananer, atomer, molekyler och partiklar i atmosfären absorberar och sprider ljus. Om de inte gjorde det, eller om jorden inte hade någon atmosfär, vi skulle uppfatta solen som en mycket ljus stjärna bland annat på en himmel av evig natt. Alla våglängder i det synliga ljusspektrumet sprids inte lika, dock. Kortare, mer energiska våglängder, mot spektrumets violetta ände, sprida bättre än de mot det längre, mindre energisk, röd ände. Denna tendens beror delvis på deras högre energi, vilket gör att de kan pingisera mer, och delvis till geometrin hos partiklarna som de interagerar med i atmosfären.
År 1871, Lord Rayleigh härledde en formel som beskriver en delmängd av dessa interaktioner, i vilka atmosfäriska partiklar är mycket mindre än våglängderna för strålningen som träffar dem. Rayleigh -spridningsmodellen visade att, i sådana system, intensiteten hos spritt ljus varierar omvänt med den fjärde effekten av dess våglängd. Med andra ord, kortare våglängder - som blått och violett - sprider mycket mer än långa när partiklar - som syre och kvävemolekyler - är relativt små. Under dessa omständigheter, spritt ljus tenderar också att spridas lika i alla riktningar, det är därför himlen verkar så mättad med färg [källa:Bohren].
Om vi var dumma nog att titta direkt på solen, vi skulle se alla våglängder, eftersom ljuset skulle nå våra ögon direkt. Det är därför solen och området runt den ser vita ut. När vi ser bort från solen, vid den klara himlen, vi ser ljus mestadels från kortare, utspridda våglängder som violett, indigo och blå.
Så varför verkar inte himlen violett istället för ljusblå? Det har ögonen. Dina peepers uppfattar färg med hjälp av strukturer som kallas kottar . Din näthinna borstar med cirka 5 miljoner kottar vardera, består av tre typer som är specialiserade på att se olika färger [källa:Schirber]. Även om varje typ av kon är mest känslig för vissa toppvåglängder, kottypernas intervall överlappar varandra. Som ett resultat, olika spektra och spektrala kombinationer kan detekteras som samma färg.
Till skillnad från våra hörselkänslor, som kan känna igen enskilda instrument i en orkester, våra ögon och hjärnor tolkar vissa kombinationer av våglängder som en enda, diskret färg. Vår visuella känsla tolkar himmelens blåvioletta ljus som en blandning av blått och vitt ljus, och det är därför himlen är ljusblå.
Har du fler brännande frågor om planeten? Fortsätt läsa för fler länkar du kanske gillar.
Sunset's StripHimlens färg kan förändras baserat på damm, föroreningar och vattenånga, som påverkar absorptionen och spridningen av solljus annorlunda. Den rödaktiga nyansen av solnedgångar beror mest på att solljuset färdas genom mer atmosfär för att nå våra ögon. När ljuset kommer, det har tagits bort från kortare våglängder, som har spridit sig bort, lämnar bara den längre våglängden, direkt belysning av solljusets rödare toner.
