Af hverju er himinninn blár?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju er himinninn blár?
Með þessu er einnig svarað spurningu Andrésar Magnússonar:

Fjarlægðin gerir fjöllin blá og svo framvegis. En hvernig stendur þá á því að tunglið er gult og jafnvel rauðleitt þegar það er lágt á himni?

Ljósið sem berst til okkar frá himninum er upphaflega hvítt sólarljós sem hefur síðan dreifst frá sameindum lofthjúpsins. Bláa ljósið, sem er hluti hvíta ljóssins, dreifist miklu meira en annað og því er himinninn blár.

Samkvæmt nútíma eðlisfræði má líta á ljósgeisla sem straum ljóseinda. Hver þeirra hefur sína öldulengd og sveiflutíðni sem við skynjum sem lit. Hvítt ljós er samsett úr öllum litunum, sem við getum skilið að með ýmsum hætti, samanber regnbogann. Sýnilega litrófsbilið spannar regnbogalitina frá fjólubláu eða bláu með stysta öldulengd yfir í rautt sem hefur lengsta öldulengd. Þetta er líka rætt í svari Jóhannesar Kára Kristinssonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Hvers vegna er svona erfitt að lesa rauða stafi á bláum grunni?

Ljóseindir sem falla á sameindir lofthjúpsins geta dreifst frá þeim í ýmsar áttir vegna víxlverkunar við rafeindaský sem er í hverri sameind. Rafeindirnar geisla ljósinu aftur út í ýmsar áttir með sömu tíðni. Þetta fyrirbæri, sem nefnist Rayleigh-ljósdreifing (e. Rayleigh scattering), er sterklega háð öldulengd ljóssins og er um það bil 10 sinnum virkara í bláa enda sýnilega litrófssviðsins en þeim rauða. Líkur fyrir því að ljóseind breyti um stefnu við "árekstur" við sameind eru með öðrum orðum 10 sinnum meiri fyrir bláa ljóseind en rauða. Þetta er ástæðan fyrir bláa litnum á himninum. Án Rayleigh-dreifingar væri skýlaus himinn svartur ásýndar og sumarnóttin hér á landi myrk.

Þegar við horfum til himins skynjum við ljós sem dreifst hefur af sameindum í lofthjúpnum, breytt um stefnu og lent á augum okkar. Bláar ljóseindir yfirgnæfa þær rauðu í stefnubreyttu geislunum, svo við skynjum bláan lit.

Með þessu getum við líka skýrt kvöldroðann. Þegar sól er lágt á lofti fara geislar hennar lengri vegalengd í lofthjúpnum en gerist á miðjum degi með meiri sólarhæð. Rayleigh-dreifingin beinir bláa litnum annað í enn ríkari mæli en venjulega, svo að rauði liturinn verður meira ríkjandi í þeim geislum sem koma frá sólu.

Að fjarlægðin geri fjöllin blá skýrist einnig af Rayleigh-dreifingu. Ef lofthjúpurinn væri allur við sama þrýsting væri hann ekki nema tæpir 10 km að þykkt. Milli okkar og fjallanna er lag sameinda, iðulega meira en 10 km að þykkt, það er að segja í raun þykkara en lofthjúpurinn. Sameindirnar í því verka sem bláir ljósgjafar. Þegar sólin skín ekki á fjöllin ber enn meira á þessu þar sem þau eru þá einungis upplýst af bláu dreifðu ljósi.

Tunglið endurvarpar til okkar sólarljósi sem á það fellur, og hefur því í meginatriðum sömu litasamsetningu. Tunglið er gulleitt hátt á lofti en rauðleitara við sjóndeildarhring þar sem lofthjúpur jarðar hefur dreift bláa litnum úr geislunum. Tunglskinið er hins vegar svo sterkt að við verðum ekki vör við blámóðuna milli okkar og ljósgjafans, enda er sól þá gjarna sest.

Mynd:

• flickr.com. Ljósmyndari er Fabio Marini. Sótt 27. 6. 2011.

...