Gdy patrzymy w górę, niebo jawi nam się jako olśniewająca tonacja niebieskiego. To zjawisko fascynuje od wieków zarówno dzieci, jak i dorosłych, ale dlaczego to właśnie niebieski kolor dominuje nad innymi? Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się nad odpowiedzią, to koniecznie zapoznaj się z przygotowanym artykułem.
Co to jest światło?
Aby w pełni zrozumieć, dlaczego niebo jest niebieskie, trzeba najpierw zrozumieć pojęcie światła. Światło jest to fala elektromagnetyczna, która posiada różną długość i częstotliwość, co oznacza, że ma też różne kolory i energię. Za odbieranie przez nas danego koloru są odpowiedzialne światłoczułe receptory, czyli czopki, znajdujące się w naszym oku. W przypadku światła widzialnego, barwa niebieska charakteryzuje się krótszą długością fali (450–495 nm), podczas gdy czerwona posiada dłuższą długość fali (620–750 nm) w porównaniu do pozostałych kolorów.
Światło, które dociera do nas od Słońca, jest złożone z wszystkich kolorów widzialnych (wszystkich kolorów tęczy), tworzących wspólnie białe światło. Jednak to światło nie dociera do nas w niezmienionej formie, ponieważ po drodze napotyka na różne przeszkody, jak atmosfera ziemska.
Co to jest atmosfera?
Atmosfera to warstwa gazów, która otacza naszą planetę i chroni ją przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym i nadmiernym uciekaniem ciepła z powierzchni Ziemi. Składa się z różnych składników: azot, tlen, dwutlenek węgla, woda, pył i inne cząsteczki. To właśnie one rozpraszają i odbijają światło słoneczne w różny sposób, co wpływa na to, jak widzimy niebo i słońce.
Dlaczego niebo jest niebieskie? – Teoria rozpraszania Rayleigha
Jednym z kluczowych procesów odpowiedzialnych za niebieski kolor nieba jest rozpraszanie Rayleigha, zjawisko nazwane na cześć brytyjskiego fizyka Lorda Rayleigha. Teoria ta opisuje sposób rozpraszania światła przez cząsteczki zawarte w atmosferze.
Rozpraszanie Rayleigha zachodzi, gdy fala świetlna napotyka na cząsteczkę, która jest znacznie mniejsza od jej długości (np. cząsteczkę azotu lub tlenu). Wówczas fala świetlna jest rozpraszana (odbijana) w różnych kierunkach, ale nie równomiernie. Fale o krótszej długości, czyli o większej energii i częstotliwości, są rozpraszane silniej niż fale o dłuższej długości. Niebieskie światło jest rozpraszane bardziej niż inne kolory, ponieważ rozchodzi się jako krótsze, mniejsze fale. Dlatego przez większość czasu niebo jest niebieskie.
Co więcej, światło słoneczne docierające z dołu przechodzi przez jeszcze więcej powietrza niż światło słoneczne docierające do z góry. Cząsteczki powietrza oraz powierzchnia Ziemi wielokrotnie rozpraszają niebieskie światło w wielu kierunkach. Całe to odbicie ponownie miesza kolory, przez co bliżej horyzontu niebo blednie do jaśniejszego błękitu, czy bieli.
Czerwone i żółte długości fal przechodzą przez atmosferę i są mniej widzialne, chyba że patrzymy na niebo podczas wschodu lub zachodu, kiedy słońce jest nisko na horyzoncie. Wówczas droga, którą światło musi przebyć przez atmosferę, jest dłuższa i więcej czerwonego światła zostaje rozproszone w naszą stronę.
Dlaczego niebo jest niebieskie? – Pozycja słońca, a kolor nieba
Kolor nieba zależy od tego, jak światło słoneczne jest rozpraszane i odbijane przez atmosferę, ale także zmienia się w zależności od pozycji słońca na niebie. Gdy słońce jest wysoko na niebie (w zenicie), np. w południe, światło słoneczne dociera do nas praktycznie prostopadle, przemierzając najkrótszą drogę przez atmosferę. W tym czasie dominuje zjawisko rozpraszania Rayleigha, które nadaje niebu intensywnie niebieski kolor, podczas gdy słońce prezentuje się białe lub żółte.
Podczas wschodu i zachodu słońca, kiedy niebo jest czerwone lub pomarańczowe, promienie słoneczne muszą pokonać dłuższą drogę atmosferyczną, co powoduje intensywne rozproszenie światła niebieskiego. W rezultacie większość koloru niebieskiego nie dociera do naszych oczu, a zamiast tego dostrzegamy czerwony, pomarańczowy i różowy, co nadaje otaczającemu nas krajobrazowi magiczny, ciepły odcień.