Zakaj je nebo modro - težko je najti odgovor na tako preprosto vprašanje. Najboljšo rešitev problema je pred približno 100 leti predlagal angleški fizik lord John Rayleigh.
Toda začnimo znova. Torej naj bi bila barva neba enaka, vendar je še vedno modra. Kaj se zgodi z belo svetlobo v zemeljski atmosferi?
Sončni žarki
Prava barva sončnih žarkov je bela. Bela svetloba je mešanica barvnih žarkov. S pomočjo prizme lahko naredimo mavrico. Prizma razdeli beli žarek na barvne črte: rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre, modre in vijolične. Če se ti žarki združijo, spet tvorijo belo svetlobo. Domnevamo lahko, da se sončna svetloba najprej razdeli na barvne sestavne dele. Potem se nekaj zgodi in samo modri žarki dosežejo zemeljsko površje.
Hipoteze, predstavljene v različnih obdobjih
Obstaja več možnih razlag. Zrak, ki obdaja Zemljo, je mešanica plinov: dušik, kisik, argon in drugi. V ozračju so še vedno vodna para in ledeni kristali. Prah in drugi majhni delci se obesijo na zraku. V zgornji atmosferi je plast ozona. Je to lahko razlog?
Nekateri znanstveniki so verjeli, da molekule ozona in vode absorbirajo rdeče žarke in prenašajo modre. A izkazalo se je, da v ozračju preprosto ni dovolj ozona in vode, da bi nebo postalo modro.
Leta 1869 je Anglež John Tyndall predlagal, da prah in drugi delci razpršijo svetlobo.Modra svetloba se v najmanjši meri razprši in prehaja skozi plasti takih delcev, sega do površja Zemlje. V svojem laboratoriju je ustvaril model smoga in ga prižgal s svetlo belim snopom. Smog je postal temno modr.
Tyndall se je odločil, da če je zrak popolnoma čist, potem nič ne bi razkropilo svetlobe in lahko občudujemo svetlo belo nebo. Lord Rayleigh je tudi podprl to idejo, vendar ne za dolgo. Leta 1899 je objavil razlago: nebo modro obarva zrak, ne prah ali dim.
Razmerje med barvo in valovno dolžino
Del sončnih žarkov prehaja med molekulami plina, ne da bi se z njimi trčil in brez sprememb dosegel površino Zemlje. Drugo, večina, absorbirajo molekule plina. Ko se fotoni absorbirajo, se molekule vzbudijo, to je napolni z energijo, nato pa jo spet oddajajo v obliki fotonov. Ti sekundarni fotoni imajo različne valovne dolžine in so lahko katere koli barve - od rdeče do vijolične.
Razpršijo se v vse smeri: na Zemljo in na Sonce in na strani. Lord Rayleigh je predlagal, da je barva oddajenega žarka odvisna od prevlade kvantov ene ali druge barve v žarku. Ko molekula plina trči s fotoni sončne svetlobe, ima en modri sekundarni kvant osem modrih kvantov.
Kakšen je rezultat? Intenzivna modra svetloba se nam dobesedno z vseh strani doliva iz milijard molekul atmosferskih plinov. Fotoni drugih barv se mešajo s to svetlobo, tako da nima čisto modrega tona.
Zakaj je nebo modro - odgovor
Preden sega na površje zemlje, kjer lahko ljudje razmišljajo o njej, mora sončna svetloba preiti skozi celotno zračno lupino planeta. Svetloba ima širok spekter, v katerem še vedno izstopajo osnovne barve in odtenki mavrice. Od tega spektra ima rdeča najdaljši svetlobni val, vijolična pa najkrajšo. Sončni disk ob sončnem zahodu hitro utripa in se približa obzorju.
V tem primeru mora svetloba premagati vedno večjo debelino zraka, del valov pa se izgubi. Najprej vijolična izgine, nato modra, modra. Najdaljši rdeči valovi še naprej prodrejo na površje Zemlje do zadnjega, zato imata sončni disk in halo okoli njega do zadnjih trenutkov rdečkaste odtenke.
Kaj se spremeni zvečer?
Bližje sončnemu zahodu Sonce hiteče proti obzorju, nižje ko pada, hitreje se bliža večer. V takšnih trenutkih se atmosferska plast, ki loči prvotno sončno svetlobo od zemeljske površine, zaradi kota naklona začne močno povečevati. V nekem trenutku odebeljena plast preneha prenašati druge svetlobne valove poleg rdečih in v tistem trenutku nebo spremeni to barvo. Modre ni več, absorbira se, ko prehaja skozi ozračje.
Zanimivost: ob sončnem zahodu sonce in nebo prehajata skozi celoten spekter senčil - ko eden ali drug od njih preneha skozi ozračje. Enako lahko opazimo v času sončnega vzhoda, vzroki obeh pojavov so enaki.
Kaj se zgodi, ko sonce vzhaja?
Ob sončnem vzhodu grejo sončni žarki po istem postopku, vendar v obratnem vrstnem redu. Se pravi, da prvi žarki skozi močan kot prebijejo ozračje, le rdeči spekter doseže površino. Zato sončni vzhod sprva zacveti rdeče. Potem, ko se sončni vzhod in kot spreminjajo, začnejo prehajati valovi drugih barv - nebo postane oranžno, nato pa postane navadno modro. Poldnevna globoka nebesna modrina je opaziti, nato pa se zvečer spet začne obračati v vijolično. Na eni strani neba, daleč od sonca, opazimo modro-črni odtenek, a čim bližje je zahajajočemu soncu, bolj rdeči odtenki se vidijo blizu obzorja, dokler sonce popolnoma ne izgine.
Takšne barvne pojave opazimo povsod. Sonce postane rdeče, prav tako tudi območja neba blizu njega, tako na ekvatorju kot na polih. Ta pojav je mogoče opaziti po vsem planetu. Včasih imajo sončni zahodi ali sončni vzhodi bolj nasičene rdeče tone, to je posledica stanja ozračja, prisotnosti aerosolov ali suspenzij v njem. V drugih primerih barva ni tako izrazita, bolj zmerna. Obstajajo ljudski znaki, ki vam omogočajo, da naslednji dan določite vreme po odtenkih sončnega zahoda - ljudje so se naučili analizirati barve in iz njih z večjo ali manjšo natančnostjo napovedovati stanje ozračja.
Tako je rdeča barva sončnega zahoda posledica dejstva, da se pod velikim kotom skozi ozračje prebijejo le rdeče barve sončnega spektra, ki imajo najdaljšo valovno dolžino. Rdeča barva sončnih vzhodov je povezana z istim faktorjem.Preostanek dneva je nebo modro, saj je ta odtenek sposoben utopiti drugi spekter, ki ima največjo sposobnost raztrosa.