Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

Warto przeczytać

Niebo czasem jawi nam się jako bezchmurne i niebieskie, innym razem ciemne i budzące grozę, a o zachodzie Słońca bywa zaś czerwone. Czym jest to spowodowane? Zanim wyjaśnimy istotę tego zjawiska, przypomnijmy sobie kilka podstawowych informacji na temat rozchodzenia się światła w przyrodzie.

RxnaZe4384W2q
Rys. 1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez Słońce. Fale o długości od 100 do 380 nm nazywamy ultrafioletem, te w zakresie 380-780 nm światłem widzialnym, zaś powyżej 780 nm - podczerwienią).

Fale elektromagnetyczne z zakresu od około 380 nm do około 780 nm nazywamy światłem widzialnym (Rys. 1.). Fale te rozchodzą się prostoliniowo, dopóki nie natrafią na przeszkody. Kiedy tak się stanie, światło może się odbić, zostać zaabsorbowaneabsorpcjazaabsorbowane lub rozproszonerozproszenie światłarozproszone. Na przykład światło białe padające na liść sałaty zostaje w większości pochłonięte. Jedynie kolor zielony, zawierający się w widmie światła białego, nie zostaje zaabsorbowanyabsorpcjazaabsorbowany, lecz rozproszyrozproszenie światłarozproszy się we wszystkich kierunkach. Część z tych promieni dotrze do oka. Wówczas mózg „powie” nam, że liść jest zielony, ponieważ światło takiego koloru rozproszyłorozproszenie światłarozproszyło się od niego i dotarło do naszych oczu. Natomiast kiedy światło spotka na swojej drodze przezroczystą dla niego przeszkodę, na przykład kroplę wody, ulegnie załamaniu, a czasem nawet rozszczepieniu na barwy składowe, które widoczne są w widmie przedstawionym na Rys. 1.

Powróćmy teraz do postawionych wcześniej pytań i zastanówmy się najpierw, dlaczego niebo jest niebieskie. Jak wiemy, atmosfera składa się z dużej ilości małych cząsteczek – głównie azotu (NIndeks dolny 2) i tlenu (OIndeks dolny 2). Okazuje się, że światło spotykając na swojej drodze takie cząsteczki, może rozproszyćrozproszenie światłarozproszyć się na nich (podobnie jak miało to miejsce w przypadku opisywanego wyżej liścia sałaty). Jednak, w przeciwieństwie do powyższego przykładu, to nie zielone światło rozprasza się najbardziej, lecz niebieskie. Mówimy tutaj o tak zwanym rozpraszaniu Rayleigha. Zachodzi ono dużo bardziej intensywnie dla fal krótkich (niebieskich) niż dla fal długich (czerwonych). W związku z tym, gdy spojrzymy w niebo, dostrzeżemy, że do naszych oczu dobiega światło o kolorze niebieskim, bo właśnie ono rozproszyłorozproszenie światłarozproszyło się na tych cząsteczkach najbardziej.

Przyjrzyjmy się temu bliżej. Rozchodząca się fala elektromagnetyczna przenosi energię. Chcąc ilościowo opisać to zjawisko używa się pojęcia natężenia fali. Natężenie rozpraszanego światła jest odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali:

Iλ4R2,

gdzie R jest promieniem cząsteczki, na której rozprasza się światło, zaś λ – długością fali świetlnej. Długość fali świetlnej jest o kilka rzędów większa od R, z tego względu efekt rozproszeniarozproszenie światłarozproszenia, który silnie zależy od λ, będzie intensywniejszy dla fal krótkich. To właśnie jest przyczyna niebieskiego koloru nieba. Chcąc zobaczyć to z nieco innej perspektywy, narysujmy jeszcze wykres zależności natężenia światła od długości fali (Rys. 2.). Widać na nim, że światło niebieskie (o mniejszej długości fali) jest rozpraszane znacznie silniej niż światło czerwone (o większej długości fali).

RyQU4lcJoQ1eB
Rys. 2. Wykres zależności natężenia światła od długości fali.

Pozostaje pytanie – dlaczego nie widzimy jednak fioletu, który cechuje mniejsza λ? Po pierwsze, w widmie słonecznym jest stosunkowo mało fioletu, po drugie zaś – nasze oczy są bardziej wrażliwe na kolor niebieski.

Należy zwrócić jeszcze uwagę, że barwa nieba nie jest czystą barwą niebieską, lecz zawiera w sobie trochę wszystkich kolorów z widma ciągłego – aczkolwiek to niebieski jest tym dominującym. Jeśli jednak pojawi się jakiś czynnik, który spowoduje wyeliminowanie niebieskiej barwy, kolor nieba ulegnie zmianie – stanie się żółtawy. Jeśli usuniemy również zielony, to kolor przybierze odcienie pomarańczowego, a zabierając barwę żółtą – okaże się czerwony. Tak właśnie zmienia się kolor nieba w ciągu dnia. Im niżej Słońce świeci na sklepieniu, tym droga promieni biegnących do oka obserwatora przez atmosferę wydłuża się. Aby to lepiej zrozumieć, przyjrzyjmy się Rys. 3. O zachodzie światło słoneczne będzie ulegało wielokrotnie rozproszeniomrozproszenie światłarozproszeniom. Nawiązując do tego, co zostało powiedziane wcześniej – najczęściej rozpraszają się fale krótkie, w związku z tym, po pewnym czasie w obserwowanym widmie światła nie będzie już niebieskiego, a w świetle, które dotrze nad nasze głowy będzie dominowała czerwień.

R5uDxjdksBkqg
Rys. 3. Droga promienia świetlnego przez atmosferę o różnych porach dnia. Widać wyraźnie, że jej długość o zachodzie Słońca jest większa niż w samo południe.

Słowniczek

absorpcja
absorpcja

(ang. absorption) – proces, w wyniku którego energia fali elektromagnetycznej zostaje całkowicie lub częściowo pochłonięta przez substancję.

widmo ciągłe
widmo ciągłe

(ang. continuous spectrum) – widmo, w którym obecne są wszystkie częstości, przechodzące płynnie w przypadku światła od czerwieni do fioletu.

rozproszenie światła
rozproszenie światła

(ang. scattering) – zjawisko, w wyniku którego światło oddziałujące z materią, zmienia kierunek swojego rozchodzenia się.