لماذا السماء زرقاء وغروب الشمس أحمر؟ لماذا السماء زرقاء: كيف تشرح لطفل وبالغ؟ لم السماء زرقاء

باختصار ، إذن ... "ضوء الشمس ، الذي يتفاعل مع جزيئات الهواء ، ينتشر في ألوان مختلفة. من بين كل الألوان ، الأزرق هو الأفضل للتشتت. اتضح أنه بالفعل استولى على المجال الجوي.

الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة

يمكن للأطفال فقط طرح مثل هذه الأسئلة البسيطة التي لا يعرف الشخص البالغ كيف يجيب عليها. السؤال الأكثر شيوعًا الذي يعذب رؤوس الأطفال هو: "لماذا السماء زرقاء؟" ومع ذلك ، لا يعرف كل والد الإجابة الصحيحة حتى لنفسه. سيساعد علم الفيزياء والعلماء الذين يحاولون الإجابة عليه لأكثر من مائة عام في العثور عليه.

تفسيرات كاذبة

ظل الناس يبحثون عن إجابة لهذا السؤال منذ قرون. اعتقد الناس في العصور القديمة أن هذا اللون هو المفضل لدى زيوس والمشتري. في وقت من الأوقات ، أثارت تفسيرات لون السماء عقول عظيمة مثل ليوناردو دافنشي ونيوتن. يعتقد ليوناردو دافنشي أنه عند الجمع بين الظلام والضوء يشكلان ظلًا أفتح - أزرق. ربط نيوتن اللون الأزرق بتراكم عدد كبير من قطرات الماء في السماء. ومع ذلك ، لم يتم التوصل إلى نتيجة صحيحة حتى القرن التاسع عشر.

يتراوح

لكي يفهم الطفل التفسير الصحيح بمساعدة علم الفيزياء ، يحتاج أولاً إلى فهم أن شعاع الضوء عبارة عن جسيمات تطير بسرعة عالية - أجزاء من الموجة الكهرومغناطيسية. في تيار من الضوء ، تتحرك الأشعة الطويلة والقصيرة معًا ، وتُدركها العين البشرية معًا كضوء أبيض. تخترق الغلاف الجوي من خلال أصغر قطرات الماء والغبار ، وتنتشر في جميع ألوان الطيف (قوس قزح).

جون وليام رايلي

في عام 1871 ، لاحظ الفيزيائي البريطاني اللورد رايلي اعتماد شدة الضوء المتناثر على طول الموجة. يفسر تشتت ضوء الشمس عن طريق المخالفات في الغلاف الجوي سبب لون السماء باللون الأزرق. وفقًا لقانون رايلي ، تشتت أشعة الشمس الزرقاء بشكل مكثف أكثر من أشعة الشمس البرتقالية والحمراء ، نظرًا لأن طولها الموجي أقصر.

يتكون الهواء القريب من سطح الأرض وعالي السماء من جزيئات ، مما يتسبب في تناثر ضوء الشمس عالياً في الهواء. تصل إلى المراقب من جميع الجهات ، حتى من أبعدها. يختلف طيف ضوء الهواء المتناثر بشكل ملحوظ عن ضوء الشمس المباشر. تم نقل طاقة الأول إلى الجزء الأصفر والأخضر ، والثاني إلى الجزء الأزرق.

كلما زاد تشتت ضوء الشمس المباشر ، سيظهر اللون أكثر برودة. أقوى نثر أي أقصر طول موجي للبنفسجي ، وأطول موجة للأحمر. لذلك ، أثناء غروب الشمس ، تظهر الأجزاء البعيدة من السماء باللون الأزرق ، وتظهر أقربها باللون الوردي أو القرمزي.

الشروق والغروب

أثناء غروب الشمس والفجر ، غالبًا ما يرى الشخص ظلالًا وردية وبرتقالية في السماء. وذلك لأن ضوء الشمس ينتقل على مستوى منخفض جدًا إلى سطح الأرض. لهذا السبب ، فإن المسار الذي يحتاجه الضوء للسفر أثناء غروب الشمس والفجر أطول بكثير منه أثناء النهار. نظرًا لحقيقة أن الأشعة تنتقل أطول مسار عبر الغلاف الجوي ، فإن معظم الضوء الأزرق يتناثر ، لذا فإن ضوء الشمس والغيوم القريبة تظهر بلون أحمر أو بلون وردي للشخص.

>> لماذا السماء زرقاء

سيكون من المثير للاهتمام أن يعرف الأطفال لم السماء زرقاءمع الصورة: الغلاف الجوي للأرض ، وتأثير التكوين ، وحركة الضوء على طول الموجة ، والانعكاس ، والامتصاص ، والتشتت.

لنتحدث عن سبب زرقة السماء بلغة يسهل على الأطفال الوصول إليها. ستكون هذه المعلومات مفيدة للأطفال وأولياء أمورهم.

متى أطفالانظروا إلى السماء ، يرون اللون الأزرق اللامتناهي. حتى أن الكثيرين يقضون اليوم كله على العشب يراقبون الغيوم ولون السماء. حان الوقت اشرح للاطفاللماذا السماء لا تزال زرقاء؟

لإعطاء كاملة شرح للأطفال, آباءينبغي النظر في الأسباب التي قد تؤدي إلى مثل هذه الظاهرة. لكنها يمكن أن تكون صعبة. في المدرسةلقد سمعت عن وجود جو. إنه خليط من الجزيئات (غازات مختلفة) تحيط بالكوكب. اعتمادًا على موقع بلدك ومدينتك ، قد يكون هناك المزيد من المياه في الغلاف الجوي (بالقرب من المحيط) أو الغبار (إذا كان هناك بركان أو صحراء قريبة).

إضافي للصغارضروري يشرحمفهوم موجات الضوء. الضوء هو طاقة تنتقل على شكل موجات. يحدد كل نوع موجته الخاصة ، وتتأرجح في المجالات المغناطيسية ومجالات الطاقة. ينقسم الضوء إلى أنواع كثيرة جدًا ، يمكن أن يكون لها طول أطول (أو أقصر). أطفاليجب أن نتذكر أن الضوء مدرج في مجموعة كبيرة - "المجالات الكهرومغناطيسية". المرئي (الذي نلاحظه بأعيننا) هو جزء منه. يتكون من مجموعة كاملة من الألوان ، وهي النطاق الكامل لقوس قزح: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.

ينتقل الضوء في خط مستقيم يسمى "سرعة الضوء". يسافر حتى يواجه عقبة على شكل ذرة تراب أو قطرة ماء. ثم يعتمد كل شيء على حجم الطول الموجي والشيء. الغبار والماء أطول من الطول الموجي ، لذلك يرتد الضوء - "انعكاس". ينتشر في اتجاهات مختلفة ، لكنه يظل أبيض لأنه لا يزال يحتوي على طيف قوس قزح بأكمله. لكن جزيئات الغاز أصغر. لذلك ، من الضروري اشرح للاطفالأن هذا الاصطدام يؤدي إلى نتائج مختلفة.

في هذه الحالة ، لا ينعكس الضوء بل يمتص بواسطة الجزيء. ثم تمتلئ وتبدأ في إشعاع جزء من اللون. على الرغم من أنه لا يزال يحتوي الآن على الطيف بأكمله ، إلا أنه يسلط الضوء على طيف معين. يتم امتصاص التردد العالي (الأزرق) بشكل أسرع من التردد المنخفض (الأحمر). تم اكتشاف هذه العملية العلمية ووصفها في سبعينيات القرن التاسع عشر بواسطة الفيزيائي الإنجليزي اللورد جون رايلي. ولهذا سميت هذه الظاهرة بـ "تشتت رايلي".

هذا هو سبب إعجابنا بالسماء الزرقاء. عندما ينتقل الضوء عبر الهواء ، لا يكون الجزء الأحمر أو الأصفر متورطًا. لكن اللون الأزرق يمتص وينعكس. هذا ملحوظ بشكل خاص عند النظر إلى الأفق من مسافة بعيدة. ثم يظهر اللون الأزرق أفتح. الآن أنت تعرف ما هو لون السماء وكيف تظهر.

هناك الملايين من الأسئلة التي ، لكوننا أطفالًا ، لا نتلقى إجابة ، وعندما نكبر ، نشعر بالحرج من طرحها. واحدة من هذه أسئلة بلا إجابة: "لماذا السماء زرقاء؟"وسيكون كل شيء على ما يرام ، وبدون هذه المعرفة يمكنك العيش ، ولكن عندما يبدأ الطفل في طرح مثل هذه الأسئلة الصعبة على والديه ، غالبًا ما يخجلون ، ويبدأون في تغيير الموضوع. ثم يكبر الطفل وهو لا يعرف الإجابة ، ولديه أطفاله وكل شيء يتكرر مرة أخرى. دعونا نكسر هذه "الحلقة المفرغة" ونفهم الأسباب التي تجعل السماء زرقاء. النظر في القضية من جميع وجهات النظر الممكنة.

ظاهرة السماء الزرقاء من حيث الفيزياء

دعنا نصل مباشرة إلى النقطة ، السماء زرقاء لأن الغلاف الجوي للأرض يبدد ضوء الشمس.كل البحوث التي أجريت على مدى 200-300 سنة الماضية تنبع من هذا. ضع في اعتبارك بعض البديهيات التي تؤثر على ظاهرة السماء الزرقاء:

1. الضوء الأبيض للشمس هو مزيج من تدفقات لونية مختلفة. اللون الأبيض "بشكل منفصل" غير موجود. كما يعلم الجميع ، لا يوجد سوى 7 ألوان (أحمر ، برتقالي ، أصفر ، أخضر ، أزرق ، أزرق ، بنفسجي) ، يتم الحصول على باقي الألوان فقط عند دمجها. يتم الحصول على اللون الأبيض من خلال الجمع بين جميع الألوان السبعة. يجدر النظر في أن الألوان التي يمكننا تمييزها بالعين هي بالضبط المقصود.
2. الغلاف الجوي ليس فارغًا ، فهو يتكون من العديد من الغازات: النيتروجين (78٪) ، الأكسجين (21٪) ، ثاني أكسيد الكربون ، الماء في حالاته المختلفة (بخار ، بلورات ثلجية). كما يوجد الكثير من الغبار حولنا ، عناصر من معادن مختلفة. كلهم يشوهون الضوء الأبيض للشمس.
3. الهواء الذي يحيط بنا والذي نتنفسه هو في الواقع معتم. على أي حال ، بكميات كبيرة. نحن لا نعيش في فراغ بعد كل شيء.

من هذه الحقائق الثلاث سوف نمضي قدما.

قصة

بالعودة إلى القرن التاسع عشر ، أجرى عالم يُدعى جون تيندال بحثًا أثبت أننا نرى السماء زرقاء بسبب الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي. في مختبره ، صنع ضبابًا بشكل مصطنع من جزيئات الغبار ووجه شعاعًا أبيض ناصعًا نحوه - تغير لون الضباب إلى اللون الأزرق. بعد 30 عامًا ، في عام 1899 ، دحض الفيزيائي رايلي بحث سلفه ونشر أدلة على أن السماء زرقاء بسبب جزيئات الهواءولا غبار فيه. هذه الظاهرة تسمى إشعاع السماء المنتشريمكنك قراءة المزيد عن هذا في ويكيبيديا.

تبدو السماء زرقاء لأن الهواء ينثر الضوء ذي الطول الموجي القصير أكثر من الضوء ذي الطول الموجي الطويل. نظرًا لأن الضوء الأزرق له طول موجي أقصر ، في نهاية الطيف المرئي ، فإنه ينتشر في الغلاف الجوي أكثر من اللون الأحمر. (المصدر: ويكيبيديا)

ما هو الضوء؟ الضوء عبارة عن تيار من الفوتونات ، بعضها يمكننا رؤيته بأعيننا والبعض الآخر لا يمكننا رؤيته. لذلك ، على سبيل المثال ، نرى الطيف القياسي للألوان ، لكن الأشعة فوق البنفسجية ، التي تنبعث منها الشمس أيضًا ، لا تفعل ذلك. يعتمد اللون الذي نراه في النهاية على "الطول الموجي" لهذا التيار. يحدد هذا الطول الموجي اللون الذي تحصل عليه.

لذا. لقد قررنا أن الشمس ترسل لنا كوانتات ذات طول موجي يتوافق مع اللون الأبيض ، ولكن كيف يتحول إلى اللون الأزرق أثناء مروره عبر الغلاف الجوي؟ لنأخذ مثال قوس قزح. قوس قزح - هو مثال مباشر لانكسار الضوء وتقسيمه إلى طيف. يمكنك إنشاء قوس قزح الخاص بك باستخدام منشور زجاجي في المنزل. يسمى تحلل اللون إلى طيف تشتت.

لذا ، فإن سمائنا تعمل كمنشور. يغير معظم الضوء الأبيض طوله الموجي أثناء مروره عبر جزيئات الغاز في الغلاف الجوي. ونتيجة لذلك ، فإن الفوتونات "التي تغادر" الجزيئات لها لون مختلف. يمكن أن يكون هذا اللون أرجواني أو أحمر أو أزرق وأزرق.

لماذا نرى اللون الأزرق وليس الأحمر؟

يعتمد اللون الذي نراه في النهاية عندما ينتقل الضوء من الشمس إلى الأرض على الفوتونات التي تسود. على سبيل المثال ، عندما يمر الضوء عبر الغلاف الجوي ، يكون عدد كمات اللون الأزرق 8 مرات أكثر من الأحمر ، والبنفسجي 16 مرة! ويرجع ذلك إلى اختلاف الطول الموجي ، لذا فإن اللون البنفسجي والأزرق يتناثران بشدة ، وتشتت الأحمر والأصفر أسوأ بكثير. بناءً على هذه النظرية ، يجب أن تكون السماء أرجوانية ، لكنها ليست كذلك. هذا يرجع إلى حقيقة أن اللون الأرجواني هو أسوأ بكثير من إدراكه من قبل العين البشرية ، على عكس اللون الأزرق. ذلك هو السبب السماء زرقاء.

فيديو عن لماذا السماء زرقاء:

لماذا السماء زرقاء خلال النهار وغروب الشمس أحمر

كل شيء مرتبط مرة أخرى بتشتت اللون. تصبح زاوية حدوث الضوء الأبيض الشمسي أصغر ، ويمر الضوء عبر المزيد من جزيئات الهواء ، ويزداد الطول الموجي للضوء. هذه الكمية كافية لتنتشر إلى اللون الأحمر.

الجواب على سؤال لماذا السماء زرقاء للأطفال

إذا سألك طفل سؤالاً عن السماء الزرقاء ، فلن تخبره بالتأكيد عن التشتت والأطياف والفوتونات. يكفي اقتباس من كتاب الأطفال "مائة طفل لماذا" تاتيانا ياتسينكو:

عادة نرسم أشعة الشمس باللون الأصفر. لكن في الحقيقة ضوء الشمس أبيض اللون ويتكون من سبعة ألوان. هذه هي ألوان قوس قزح: الأحمر ، البرتقالي ، الأصفر ، الأخضر ، الأزرق ، النيلي ، البنفسجي. لا تمر كل الألوان في الهواء ، فقط الأزرق والنيلي والبنفسجي. إنهم يلونون السماء.

سيكون كافيا. على موقعنا ، يمكنك أيضًا تنزيل عرض تقديمي حول موضوع: "لماذا السماء زرقاء" على الرابط: قد يكون مفيدًا في الفصل الدراسي في المدرسة.

لقد اعتدنا جميعًا على حقيقة أن لون السماء هو خاصية متغيرة. ضباب ، غيوم ، وقت من اليوم - كل شيء يؤثر على لون القبة العلوية. تغييره اليومي لا يشغل أذهان معظم البالغين ، وهو ما لا يمكن أن يقال عن الأطفال. إنهم يتساءلون باستمرار لماذا السماء زرقاء من حيث الفيزياء أو ما الذي يحول غروب الشمس إلى اللون الأحمر. دعونا نحاول فهم هذه ليست أبسط الأسئلة.

قابل للتغيير

يجدر بنا أن نبدأ بالإجابة على السؤال حول ماهية السماء في الواقع. في العالم القديم ، كان يُنظر إليه حقًا على أنه قبة تغطي الأرض. اليوم ، ومع ذلك ، لا يكاد أي شخص يعرف أنه ، بغض النظر عن ارتفاع المستكشف الفضولي ، فلن يتمكن من الوصول إلى هذه القبة. السماء ليست شيئًا ، بل هي بانوراما تفتح عند مشاهدتها من سطح الكوكب ، وهي نوع من المظهر المنسوج من الضوء. علاوة على ذلك ، إذا لاحظت من نقاط مختلفة ، فقد تبدو مختلفة. إذن ، عمَّا ارتفع فوق الغيوم ، تفتح رؤية مختلفة تمامًا عن الأرض في هذا الوقت.

السماء صافية زرقاء ، ولكن بمجرد دخول السحب ، تصبح رمادية أو رصاصية أو بيضاء. سماء الليل سوداء ، وأحيانًا يمكنك رؤية مناطق حمراء عليها. هذا انعكاس للإضاءة الاصطناعية للمدينة. والسبب في كل هذه التغييرات هو الضوء وتفاعله مع الهواء وجزيئات المواد المختلفة فيه.

طبيعة اللون

للإجابة على سؤال لماذا السماء زرقاء من وجهة نظر الفيزياء ، عليك أن تتذكر ما هو اللون. هذه موجة بطول معين. يُنظر إلى الضوء القادم من الشمس إلى الأرض على أنه أبيض. حتى من تجارب نيوتن ، من المعروف ما هو شعاع من سبعة أشعة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. الألوان تختلف في الطول الموجي. يشمل الطيف الأحمر البرتقالي الموجات الأكثر إثارة للإعجاب في هذه المعلمة. تتميز أجزاء من الطيف بطول موجي قصير. يحدث تحلل الضوء إلى طيف عندما يصطدم بجزيئات من مواد مختلفة ، بينما يمكن امتصاص بعض الموجات ، ويمكن أن يتشتت بعضها.

التحقيق في السبب

حاول العديد من العلماء تفسير سبب زرقة السماء من منظور الفيزياء. سعى جميع الباحثين لاكتشاف ظاهرة أو عملية تشتت الضوء في الغلاف الجوي للكوكب بطريقة لا يصلنا إليها إلا اللون الأزرق نتيجة لذلك. كان الماء هو المرشح الأول لدور هذه الجسيمات. كان يعتقد أنها تمتص الضوء الأحمر وتنقل الضوء الأزرق ، ونتيجة لذلك نرى السماء الزرقاء. ومع ذلك ، أظهرت الحسابات اللاحقة أن كمية الأوزون وبلورات الجليد وجزيئات بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي لا تكفي لإضفاء اللون الأزرق على السماء.

سبب التلوث

في المرحلة التالية من البحث ، اقترح جون تيندال أن دور الجسيمات المرغوبة يلعبه الغبار. يتمتع الضوء الأزرق بأكبر مقاومة للتشتت ، وبالتالي فهو قادر على المرور عبر جميع طبقات الغبار والجسيمات العالقة الأخرى. أجرى تيندال تجربة أكدت افتراضه. ابتكر نموذجًا من الضباب الدخاني في المختبر وأضاءه بضوء أبيض ساطع. اتخذ الضباب الدخاني صبغة زرقاء. توصل العالم إلى استنتاج لا لبس فيه من دراسته: يتم تحديد لون السماء من خلال جزيئات الغبار ، أي إذا كان هواء الأرض نظيفًا ، فليس أزرقًا ، ولكن السماء البيضاء كانت تتألق فوق رؤوس الناس.

دراسة الرب

النقطة الأخيرة في السؤال عن سبب كون السماء زرقاء (من وجهة نظر الفيزياء) طرحها العالم الإنجليزي اللورد د. رايلي. لقد أثبت أنه ليس الغبار أو الضباب الدخاني هو الذي يرسم الفضاء فوق رؤوسنا في ظل مألوف لنا. إنه في الهواء نفسه. تمتص جزيئات الغاز أطوال موجات أكبر ، وأطولها في المقام الأول ، تعادل اللون الأحمر. اللون الأزرق يتبدد. هذا هو بالضبط ما يفسر اليوم لون السماء الذي نراه في الطقس الصافي.

سيلاحظ اليقظ أنه ، وفقًا لمنطق العلماء ، يجب أن تكون القبة العلوية أرجوانية ، نظرًا لأن هذا اللون له أقصر طول موجي في النطاق المرئي. ومع ذلك ، هذا ليس خطأ: نسبة البنفسج في الطيف أقل بكثير من اللون الأزرق ، والعين البشرية أكثر حساسية لهذا الأخير. في الواقع ، فإن اللون الأزرق الذي نراه هو نتيجة خلط اللون الأزرق مع البنفسجي وبعض الألوان الأخرى.

غروب الشمس والغيوم

يعلم الجميع أنه في أوقات مختلفة من اليوم يمكنك رؤية لون مختلف للسماء. صور أجمل غروب الشمس فوق البحر أو البحيرة هي مثال رائع على ذلك. كل أنواع ظلال الأحمر والأصفر مع الأزرق والأزرق الداكن تجعل هذا المشهد لا ينسى. ويفسر ذلك بنفس تشتت الضوء. والحقيقة هي أنه أثناء غروب الشمس والفجر ، يتعين على أشعة الشمس التغلب على مسار أطول بكثير عبر الغلاف الجوي مما هو عليه في ذروة النهار. في هذه الحالة ، ينتشر ضوء الجزء الأزرق والأخضر من الطيف في اتجاهات مختلفة وتصبح الغيوم الموجودة بالقرب من خط الأفق ملونة بظلال حمراء.

عندما تغطي الغيوم السماء ، تتغير الصورة تمامًا. غير قادر على التغلب على الطبقة الكثيفة ، ومعظمها ببساطة لا يصل إلى الأرض. تلتقي الأشعة التي تمكنت من المرور عبر السحب بقطرات ماء من المطر والغيوم ، مما يؤدي إلى تشويه الضوء مرة أخرى. ونتيجة كل هذه التحولات ، يصل الضوء الأبيض إلى الأرض إذا كانت السحب صغيرة الحجم ، والرمادي عندما تغطي السحب المبهرة السماء ، وتمتص جزءًا من الأشعة للمرة الثانية.

سماء أخرى

ومن المثير للاهتمام ، أنه على الكواكب الأخرى في النظام الشمسي ، عند النظر إليها من السطح ، يمكنك رؤية السماء ، وهي مختلفة تمامًا عن الأرض. في الأجسام الفضائية المحرومة من الغلاف الجوي ، تصل أشعة الشمس بحرية إلى السطح. نتيجة لذلك ، فإن السماء هنا سوداء ، دون أي لون على الإطلاق. يمكن رؤية هذه الصورة على القمر وعطارد وبلوتو.

سماء المريخ لها صبغة حمراء برتقالية. والسبب في ذلك يكمن في الغبار المشبع بجو الكوكب. تم طلاؤه بظلال مختلفة من اللون الأحمر والبرتقالي. عندما تشرق الشمس فوق الأفق ، تصبح سماء المريخ حمراء وردية ، بينما يظهر الجزء المحيط مباشرة بقرص النجم باللون الأزرق أو حتى الأرجواني.

السماء فوق زحل هي نفس لون الأرض. تمتد سماء الزبرجد فوق أورانوس. السبب يكمن في ضباب الميثان الموجود في الكواكب العليا.

الزهرة مخفية عن أعين الباحثين بطبقة كثيفة من الغيوم. لا يسمح لأشعة الطيف الأزرق والأخضر بالوصول إلى سطح الكوكب ، لذا فإن السماء هنا برتقالية صفراء مع شريط رمادي على طول الأفق.

تكشف دراسة الفضاء فوق النهار عن عجائب لا تقل عن دراسة السماء المرصعة بالنجوم. يساعد فهم العمليات التي تحدث في السحب وخلفها على فهم سبب الأشياء المألوفة تمامًا للشخص العادي ، والتي ، مع ذلك ، لا يمكن للجميع تفسيرها فورًا.

ربما واجه كل شخص مرة واحدة على الأقل في حياته هذا السؤال البسيط: لماذا السماء صافية ، صافية زرقاء أو زرقاء؟من الواضح بسبب الهواء الذي نتنفسه ، بسبب الغلاف الجوي للأرض! ربما يكون هوائنا "أزرق" أو شيء من هذا القبيل. يبدو فقط شفافًا ، وعلى مسافات بعيدة ، تبدو الطائرات والجبال والسفن في ضباب مزرق ... مثل هذا المنطق لا يزيل السؤال الرئيسي: لماذا السماء زرقاء؟ الهواء ليس باللون الأزرق!

الجواب البسيط والمختصر هو: السماء زرقاء لأن جزيئات الهواء تشتت اللون الأزرق للشمس أكثر من الأحمر.

نظرًا لأن الهواء ينثر الضوء الأزرق ، تظهر السماء باللون الأزرق وتظهر الشمس نفسها صفراء. علاوة على ذلك ، عند غروب الشمس ، عندما يمر ضوء الشمس عبر سماكة كبيرة من الغلاف الجوي ، نرى ذلك شمس حمراءوالفجر باللون الأصفر والأحمر. كل هذا ممكن فقط لأن الضوء الأزرق ينتشر في الغلاف الجوي في طريقه إلينا.

ولكن من أين أتى الضوء الأزرق؟ بادئ ذي بدء ، الضوء الأبيض من الشمس هو مزيج من كل ألوان قوس قزح ، من الأرجواني إلى الأحمر. توقف ، تقول هل ضوء الشمس أبيض؟نعم، . النقطة الثانية: نتحدث عنها الآن ضوءوليس حول لون. إذا مزجنا ألوانًا مختلفة ، فسنحصل بالطبع على شيء أسود تقريبًا.

لون الضوء ليس لون أي كائن. إذا مزجنا الضوء الأحمر والأصفر والبرتقالي والأخضر والسماوي والنيلي والبنفسجي بكميات متساوية تقريبًا ، نحصل على ضوء أبيض. كان إسحاق نيوتن أول من أظهر ذلك ، مستخدمًا موشورًا لفصل الألوان المختلفة وتشكيل الطيف.

وجد العلماء أن الضوء متعدد الألوان هو مجرد ضوء بأطوال موجية مختلفة. يتراوح الجزء المرئي من الطيف من الضوء الأحمر عند حوالي 720 نانومتر إلى البنفسجي عند حوالي 380 نانومتر ، مع البرتقالي والأصفر والأخضر والسماوي والنيلي بينهما. تستجيب ثلاثة أنواع مختلفة من مستقبلات الألوان في شبكية العين البشرية بشدة للأطوال الموجية باللون الأحمر والأخضر والأزرق ، مما يمنحنا مجموعة متنوعة من الألوان.

أجل ، إذن ماذا تقول الفيزياء عن سبب كون السماء زرقاء؟

تم اتخاذ الخطوات الأولى نحو التفسير الصحيح للون السماء جون تيندالفي عام 1859. اكتشف تأثيرًا غريبًا: إذا تم تمرير الضوء من خلال سائل شفاف حيث يتم تعليق جزيئات صغيرة ، فإن الضوء الأزرق سوف يتشتت بواسطة هذه الجسيمات بقوة أكبر من الضوء الأحمر.

يمكن إثبات ذلك بسهولة. نأخذ كوبًا من الماء ويقلب فيه بضع قطرات من الحليب ، قليلًا من الدقيق أو الصابون ، حتى يصبح الماء في الكوب عكرًا. ثم قم بتشغيل مصباح يدوي من خلال الزجاج. سترى أن الضوء داخل الزجاج أصبح مزرق. بدلاً من ذلك ، أصبح الضوء الذي وصل إلى عينيك من الزجاج مزرقًا ، أي أنه انحرف وتشتت في المحلول!

لكن الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو ذلك الضوء عند الخروج من الزجاج ، بعد أن فقد جزءًا من مكونه الأزرق ، لن يكون أبيض ، بل مصفر!إذا أخذنا حاوية واسعة بما فيه الكفاية ، فإن الضوء ، بعد أن تناثر عدة مرات على الطريق ، سيفقد المكون الأزرق في النهاية ويخرج من الحاوية ليس أصفر ، بل أحمر.

يتعلق تأثير تيندال بتشتت الضوء في السوائل العكرة. يجب أن يكون للجسيمات الموجودة في مثل هذا السائل بنية سطح خاصة - أخاديد ، حواجز شبكية ، مسام ، زوايا ، حجمها مشابه لطول موجة الضوء.

بفضل تأثير Tyndall ، توجد الياقوت الأزرق الجميل. هذه الحيوانات الصغيرة ، كما لو كانت متوهجة من الداخل ، تصبح أحيانًا غير مرئية تمامًا للمراقب (ينتشر الضوء في المنطقة فوق البنفسجية) ...

تأثير تيندال مسؤول أيضًا عن العيون الزرقاء عند البشر!

نعم ، نعم ، العيون الزرقاء لا يتم إنشاؤها على الإطلاق بواسطة صبغة زرقاء - إنها ببساطة ليست موجودة - ولكن الميلانينالذي ينثر الضوء بشكل مناسب!

بعد بضع سنوات ، درس اللورد رايلي تأثير تيندال بالتفصيل. منذ ذلك الحين ، تم استدعاء تشتت الضوء بواسطة جزيئات صغيرة جدًا تشتت رايلي. أظهر رايلي أن كمية الضوء المبعثر تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة من الطول الموجي للجسيمات الصغيرة بما فيه الكفاية. ويترتب على ذلك أن الضوء الأزرق يتشتت بمثل هذه الجسيمات أكثر من الضوء الأحمر بحوالي 10 مرات: (700 نانومتر / 400 نانومتر) 4 = 10

الغبار أم الجزيئات؟

كل هذا جميل ، لكن سماءنا مليئة بالهواء لا بالسائل ، ولا توجد قطع صابون أو حليب تطفو في السماء .. أي نوع من الجسيمات تبدد الضوء في الهواء؟ يعتقد تيندال ورايلي أن اللون الأزرق للسماء يجب أن يكون بسبب جزيئات صغيرة من الغبار وقطرات بخار الماء ، والتي يتم تعليقها في الغلاف الجوي بنفس الطريقة التي يتم بها تعليق جزيئات الحليب في الماء.

هذا رأي خاطئ ، رغم أن بعض الناس حتى اليوم يقولون إن لون السماء يتحدد بالبخار والغبار. إذا كان هذا هو الحال ، فإن لون السماء سيتغير اعتمادًا على الرطوبة أو الضباب أكثر بكثير مما يتغير في الواقع. لذلك ، افترض العلماء (بشكل صحيح!) أن جزيئات الأكسجين والنيتروجين كافية لتفسير التشتت. هذا هو الهواء نفسه ، أو بالأحرى جزيئاته تشتت الضوء!

السماء الزرقاء والسحب عليها. ينثر الهواء الضوء وفقًا لتشتت رايلي ، ويشتت جزيئات السحب الأكبر وفقًا لتشتت مي. الصورة: Andrei Azanfirei / Flickr.com

تم حل السؤال أخيرًا بواسطة ألبرت أينشتاين في عام 1911 ، الذي قام بحساب صيغة مفصلة لتشتت الضوء كدالة للجزيئات ، وأكدت تجارب أخرى ببراعة حساباته. يقال إن أينشتاين كان قادرًا حتى على استخدام حساباته كتحقق إضافي من رقم أفوجادرو!

لماذا السماء زرقاء وليست أرجوانية؟

بالمناسبة ، إذا كان الضوء الأزرق مبعثرًا أكثر من الأحمر بعشر مرات ، فإن موجات البنفسج الأقصر يجب أن تشتت أكثر من اللون الأزرق! استخراج أو تكوين السؤال: لماذا لا تبدو السماء بنفسجية؟

أولاً ، إن طيف انبعاث الضوء من الشمس ليس هو نفسه في جميع الأطوال الموجية - فالطاقة القصوى في طيف الشمس تسقط على الضوء الأخضر. ثانيًا ، يُمتص الضوء البنفسجي ذو الطول الموجي القصير بنشاط في الغلاف الجوي العلوي (كما هو الحال بالنسبة للأشعة فوق البنفسجية!) ، لذا فإن اللون البنفسجي أقل من الأزرق يصل إلى سطح الأرض.

أخيرًا ، السبب الثالث هو أعيننا أقل حساسية للضوء البنفسجي من الأزرق.

منحنيات الحساسية لثلاثة أنواع من المخاريط في العين البشرية.

لدينا ثلاثة أنواع من مستقبلات الألوان ، أو المخاريط ، في شبكية العين. يطلق عليها الأحمر والأزرق والأخضر لأنها تتفاعل بشدة مع الضوء عند هذه الأطوال الموجية. لكن في الواقع ، هم قادرون على التقاط الضوء من أطوال موجية أخرى تغطي الطيف بأكمله.

عندما ننظر إلى السماء ، تستجيب المخاريط الحمراء لكمية صغيرة من الضوء الأحمر المتناثر ، ولكنها تستجيب أيضًا - بقوة أقل - للأطوال الموجية البرتقالية والأصفر. تستجيب المخاريط الخضراء للأصفر والموجات الخضراء المبعثرة بقوة والأخضر والأزرق. أخيرًا ، يتم تحفيز المخاريط الزرقاء بواسطة الألوان ذات الأطوال الموجية الزرقاء ، والتي تشتت بشدة. إذا لم يكن هناك اللون الأزرق والبنفسجي في الطيف ، فستظهر السماء باللون الأزرق مع صبغة خضراء خفيفة. لكن الأطوال الموجية الأكثر انتشارًا للأزرق والبنفسجي تحفز بشكل خفيف الأقماع الحمراء أيضًا ، لذلك تظهر هذه الألوان باللون الأزرق مع صبغة حمراء مضافة. التأثير العام هو أن عندما ننظر إلى السماء ، يتم تحفيز المخاريط الحمراء والخضراء تقريبًا، والأزرق يتم تحفيزهم بقوة أكبر. يشكل هذا المزيج في النهاية سماء زرقاء أو زرقاء.

غروب الشمس الجميل

ما الذي يمكن أن يكون أجمل من غروب الشمس الهادئ على شاطئ البحر أو في السهوب؟ عندما يكون الهواء نقيًا وشفافًا ، سيكون غروب الشمس أصفر ، تمامًا مثل شعاع المصباح الذي يعبر كوبًا من محلول الصابون: سوف يتشتت بعض الضوء الأزرق ويتحول اللون الكلي للشمس إلى النهاية الحمراء للطيف.

يمكن أن تتنوع ألوان غروب الشمس بشكل كبير اعتمادًا على حالة الغلاف الجوي. الصورة: أليكس دير

شيء آخر هو إذا كان الهواء ملوثًا بجزيئات صغيرة - احتراق ، غبار ، ضباب دخاني. في هذه الحالة ، سيكون غروب الشمس باللون البرتقالي وحتى الأحمر. يمكن أن يكون غروب الشمس فوق البحر برتقاليًا أيضًا بسبب جزيئات الملح المعلقة في الهواء ، والتي يمكن أن تخلق تأثير تيندال. تُرى السماء حول الشمس محمرة ، وكذلك الضوء القادم من الشمس مباشرة. هذا لأن كل الضوء يتشتت جيدًا نسبيًا بزوايا صغيرة ، ولكن من المرجح أن يتشتت الضوء الأزرق مرتين أو أكثر على مسافات أطول ، تاركًا الأصفر والأحمر والبرتقالي.

الغيوم والقمر الأزرق والضباب الأزرق

تظهر السحب والضباب المغبر باللون الأبيض لأنها تتكون من جزيئات ذات أطوال موجية أطول من الضوء. سوف تشتت هذه الجسيمات جميع الأطوال الموجية بالتساوي (تشتت مي).

لكن في بعض الأحيان يمكن أن يكون هناك جزيئات أصغر بكثير في الهواء. تشتهر بعض المناطق الجبلية بضبابها الأزرق. تتفاعل الهباء الجوي للتربينات من الغطاء النباتي مع الأوزون في الغلاف الجوي لتكوين جزيئات صغيرة يبلغ قطرها حوالي 200 نانومتر ، وهي ممتازة في تشتت الضوء الأزرق.

ضباب أزرق فوق خليج كوتور في الجبل الأسود. الصورة: Rocher / Flickr.com

يمكن أن تملأ حرائق الغابات أو الثوران البركاني الغلاف الجوي أحيانًا بجزيئات صغيرة قطرها 500-800 نانومتر ، وهو حجم مناسب لتشتيت الضوء الأحمر. هذا هو عكس تأثير تيندال الطبيعي ويمكن أن يتسبب في ظهور القمر باللون الأزرق حيث يتشتت الضوء الأحمر القادم من القمر بواسطة هذه الجسيمات. حقيقي قمر أزرق- حدث نادر جدا!

لماذا سماء المريخ حمراء؟

لذلك وصلنا إلى المريخ ، السماء التي ، وفقًا لصور المركبات الجوالة ومركبات الهبوط الأوتوماتيكي ، أصبحت الآن حمراء ، والآن صفراء رمليّة ، والآن زرقاء رمادية ... ما هو شكلها حقًا؟

وفقًا للفيزياء ، يجب أن تكون سماء المريخ زرقاء. هذا و هناك أزرق، ولكن فقط عندما يكون الجو هادئًا على الكوكب الأحمر. ومع ذلك ، على كوكب المريخ ، كما تعلم ، تهب الرياح غالبًا. على الرغم من حقيقة أن الغلاف الجوي للكوكب شديد التخلخل ، فإن الرياح قادرة على رفع ملايين الأطنان من الرمال والغبار ، مما يخلق عواصف رملية حقيقية. يمكن لبعض العواصف إخفاء سطح المريخ بالكامل تقريبًا!

بعد هذه العواصف ، تظل جزيئات الغبار الغنية بالحديد معلقة في الهواء لفترة طويلة. لون هذا الغبار أحمر (هذا هو الصدأ) ، وبالتالي فإن السماء على المريخ مطلية باللون البرتقالي المصفر.

السدم الانعكاسية

أخيرًا ، دعنا ننظر بعيدًا إلى الفضاء ، حيث تولد النجوم الآن.

مجمع السدم rho Ophiuchus. الصورة: جيم ميستي / ستيف مازلين / روبرت جيندلر

هنا مجموعة كاملة من الغازات الكونية وسحب الغبار ، تقع على حدود أبراج الحواء والعقرب. انتبه: جزء من الغيوم يضيء بشكل ساطع مع وهج ضارب إلى الحمرة ، والجزء الآخر ، على العكس من ذلك ، يمتص الضوء ويشبه الانخفاضات السوداء. أخيرًا ، الجزء الثالث ذو لون مزرق.

تتكون جميع أنواع السحب الثلاثة أساسًا من الهيدروجين مع خليط صغير من الغبار والجزيئات. لماذا يبدون مختلفين؟ كل شيء عن درجة حرارتها. بعد تسخينها بنور النجوم المغمورة فيها ، تبدأ الغيوم في التوهج. الوهج الأحمر هو انبعاث الهيدروجين. من ناحية أخرى ، تمتص الغيوم شديدة البرودة الضوء وبالتالي فهي غير شفافة بالنسبة لنا. أخيرًا ، تظهر الغيوم الباردة والتي تقع بالقرب من النجوم الساطعة باللون الأزرق. هم تعكس ضوء النجوم وتشتيته بنفس طريقة تشتيت الغلاف الجوي للأرض!

المشاهدات بعد: 5604