Er morgunbirtan virkilega blárri en kvöldbirtan?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Er morgunbirtan virkilega blárri en kvöldbirtan?
Staðhæfing um að sólarbirtan sé blárri við sólris en við sólarlag hefur komið fram í umfjöllun um svefngæði^[1] og tengsl við breytingar á klukkustillingu. Til þess að leita svars við spurningunni "Er morgunbirtan virkilega blárri en kvöldbirtan?" er rétt að skoða hvaða fyrirbæri koma að litbrigðum í ljósi sólar.

Talað er um ljósdreifingu þegar ójöfnur í rafsvörunareiginleikum breyta stefnu ljóseinda, í sumum tilfellum á tilviljanakenndan hátt.

Rayleigh-ljósdreifing er sterkust í bláa enda sýnilega litrófsins. Hún á uppruna sinn í efnisögnum sem eru miklu minni að þvermáli en öldulengd sýnilegs ljóss og er aðeins virk þar sem þéttleiki þessara ójafna er minni en ein ögn á öldulengdartening. Þessar aðstæður ríkja í 100 km hæð yfir jörð og þaðan kemur himinbláminn. Himinhvelfingin væri alltaf svört án Rayleigh-dreifingar. Ljós sem kemst beina leið frá sól til yfirborðs jarðar er því orðið rauðleitara en við upphaf ferðar. Þetta verður sérlega áberandi við rauðleitt sólris eða sólarlag, þegar geislaleiðin í andrúmsloftinu verður lengri en annars. Í húminu eftir að sól er sest en áður en himininn myrkvast er himinbláminn helsti ljósgjafinn og blái liturinn verður ráðandi í öllu umhverfinu. Sama á við í húminu skömmu fyrir sólris að morgni. Himinbláminn, sólroðinn kvölds og morgna, og bláminn í húminu eiga því uppruna í Rayleigh-dreifingu sólarljóssins.

Við yfirborð jarðar er agnaþéttleikinn í andrúmsloftinu um milljón agnir á öldulengdartening fyrir sýnilegt ljós. Ójöfnur í rafsvörun eru því ekki stakar agnir heldur sveiflur í þéttleika með varmahreyfingum; holur í agnadreifingu. Holurnar gefa líka Rayleigh-dreifingu og valda því að „fjarlægðin gerir fjöllin blá“.

Mie-ljósdreifing tengist ögnum sem eru miklu stærri að þvermáli en öldulengd sýnilegs ljóss og styrkur hennar er óháður öldulengdinni. Mie-dreifingin gefur því hvíta áferð í hvítu ljósi. Við sjáum skýin með hvíta eða gráa áferð, eftir þykkt þeirra og þéttleika vatnsdropanna, í gegnum Mie-ljósdreifingu þegar sólin er hátt á lofti. Stakir vatnsdropar hafa þó ekki þessa áferð. Þegar nálgast sólarlag eða skömmu eftir sólris er sólarbirtan rauðleitari og Mie-dreifingin skilar rauðleitari skýjum. Skyggni í andrúmslofti ræðst almennt af rakainnihaldi (á dropaformi) í gegnum Mie-dreifingu.

Ljósbrot sólargeisla í vatnsdropum myndar regnbogann. Ljósbrotsstuðull vatns er svolítið breytilegur með öldulengd og ljósbrotið aðskilur þar með litrófsþætti sólarljóssins. Ljósbrot í ískristöllum í hærri loftlögum veldur einnig nokkrum gerðum ljósfyrirbæra á himni. Brotstuðull gastegundanna í andrúmsloftinu er örlítið breytilegur með öldulengd en ljósbrotið er svo vægt í gasfasanum að litbrigði eru hverfandi.

Þegar ljósgeisli dofnar við að fara í gegnum efnislag og ljóseindir hverfa, tölum við um ljósísog efnisins. Ísog allra sameindagerðanna sem mynda ómengað andrúmsloftið er hverfandi á sýnilega bilinu, nema ísog vatns bæði á dropaformi og gasformi. Vatnið deyfir rauða enda litrófsins meira en þann bláa. Því má segja að sólarljósið bláni við að fara í gegnum vatnsgufu eða vatnsdropa. Mengandi gastegundir á við NO_x myndast við ófullkominn bruna jarðefnaeldsneytis í andrúmslofti og eru brúnleitar tilsýndar. Þar vantar því bláa enda rófsins og hluta græna svæðisins. Helsta uppspretta NO_x er bílaumferð knúin sprengihreyflum og kolakynt raforkuver. Sótagnir frá eldgosum, skógareldum og sprengihreyflum bifreiða hafa svipuð áhrif og NO_x; sólargeislar roðna með viðkynnum við þessi efni. Þetta höfum við mörg sannreynt við öskugos þar sem sólin fær sterkrauðan lit þegar horft er á hana í gegnum öskumökk. Sama fyrirbærið má líka sjá á myndum þar sem reyk frá skógareldum ber fyrir sólu.

Rayleigh-dreifing, Mie-dreifing og ljósbrot geta ekki valdið meiri bláma að morgni en kvöldi. En hitastig og efnainnihald í neðstu loftlögum getur verið annað að morgni en kvöldi. Algengast er að lofhiti sé lægri við sólarupprás en sólarlag. Því fylgir minni raki í lofti að morgni en að kvöldi dags. Áhif ísogs verða því meiri blámi að kvöldi en morgni. Þetta passar ekki vel við fullyrðinguna í greininni um svefngæðin^[2] Öðru máli gegnir um loftmengun á formi sóts og NO_x á stöðum þar sem framleiðsla mengunarinnar er sveiflukennd, til dæmis byrjar með morgunumferðinni og styrkurinn vex fram eftir degi, en dofnar aftur að nóttu. Þetta mynstur gefur ísog sem veldur meiri roða að kvöldi en í morgunbirtu. En almennt gefur breytileiki í lofthreinsun með vindi og framleiðslumynstur mengunarinnar flókið samspil sem gæti valdið allt öðru samhengi milli morgunbirtu og kvöldbirtu.

Svo stutta svarið við spurningunni "Er morgunbirtan virkilega blárri en kvöldbirtan?" er: Já stundum. Það finnast aðstæður sem gefa morgunbirtunni meiri bláma en kvöldbirtunni, en þær eru langt frá því að vera algildar. Fyrirbærið tengist mengun í neðstu loftlögum og ræðst af hegðunarmynstri okkar mannanna og virkni náttúrunnar til að eyða sóðaskapnum okkar.

Tilvísanir:

1. ^ Afleiðingar rangrar klukku eru margvíslegar - segja sérfræðingar um dægursveiflu, svefn og líkamsklukku - 01. tbl. 104. árg. 2018 - Læknablaðið. (Sótt 23.01.2019).
2. ^ Sama heimild og í nr. 1.

Myndir:

• Vísindavefurinn: Af hverju er oft lítið ljós á söfnum, þola fornleifar ekki mikið ljós?. (Sótt 23.01.2019).
• Red Sun from forest fire smoke (view from the town of Two … | Flickr. (Sótt 23.01.2019). Myndin er birt undir leyfinu Creative Commons — Attribution 2.0 Generic — CC BY 2.0.
• Sunrise Beijing Pollution | Tony Kent | Flickr. (Sótt 23.01.2019). Myndin er birt undir leyfinu Creative Commons — Attribution 2.0 Generic — CC BY 2.0.

...