Tại sao bầu trời màu xanh?

Nếu bạn đã từng tự hỏi tại sao, giống như Irving Berlin, bạn không thấy gì ngoài bầu trời xanh, thì bạn đang ở trong một công ty tốt. Phải mất nhiều thế kỷ và rất nhiều người thông minh - bao gồm Aristotle, Isaac Newton , Thomas Young, James Clerk Maxwell và Hermann von Helmholtz - để giải đáp thắc mắc, một phần vì giải pháp bao gồm rất nhiều thành phần: màu sắc trong ánh sáng mặt trời , góc mà ánh sáng mặt trời truyền qua bầu khí quyển, kích thước của các hạt trong không khí và các phân tử khí quyển, và cách mắt chúng ta cảm nhận màu sắc.

Hãy đưa bầu trời ra khỏi phương trình trong giây lát và bắt đầu bằng cách nhìn vào màu sắc. Theo quan điểm vật lý, màu sắc đề cập đến bước sóng của ánh sáng nhìn thấy rời khỏi một vật thể và chạm vào một cảm biến, chẳng hạn như mắt người. Các bước sóng này có thể bị phản xạ hoặc phân tán từ một nguồn bên ngoài hoặc chúng có thể phát ra từ chính vật thể.

Màu sắc của một đối tượng thay đổi tùy thuộc vào các màu có trong nguồn sáng; ví dụ, sơn màu đỏ, nhìn dưới ánh sáng xanh, trông có màu đen. Isaac Newton đã chứng minh bằng lăng kính rằng ánh sáng trắng của mặt trời chứa tất cả các màu của quang phổ khả kiến, vì vậy tất cả các màu đều có thể có trong ánh sáng mặt trời.

Ở trường, hầu hết chúng ta đều biết rằng quả chuối có màu vàng vì nó phản xạ ánh sáng vàng và hấp thụ tất cả các bước sóng khác. Điều này không chính xác. Một quả chuối phân tán màu cam và đỏ nhiều như màu vàng, và tán xạ tất cả các màu trong phạm vi nhìn thấy ở một mức độ nào đó hoặc mức độ khác [nguồn: Bohren ]. Lý do thực sự khiến nó có màu vàng liên quan đến cách mắt chúng ta cảm nhận ánh sáng. Tuy nhiên, trước khi đi sâu vào vấn đề đó, hãy xem bầu trời thực sự có màu gì.

Chúng tôi sẽ làm điều đó tiếp theo.

Giống như chuối, các nguyên tử , phân tử và hạt trong khí quyển hấp thụ và tán xạ ánh sáng. Nếu không, hoặc nếu Trái đất không có bầu khí quyển, chúng ta sẽ coi mặt trời như một ngôi sao rất sáng trong số những ngôi sao khác trên bầu trời đêm vĩnh viễn . Tuy nhiên, không phải tất cả các bước sóng trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy đều tán xạ như nhau. Các bước sóng ngắn hơn, năng lượng hơn, về phía cuối màu tím của quang phổ, tán xạ tốt hơn so với các bước sóng dài hơn, ít năng lượng hơn, màu đỏ. Xu hướng này một phần là do năng lượng của chúng cao hơn, cho phép chúng chơi bóng bàn xung quanh nhiều hơn, và một phần là do dạng hình học của các hạt mà chúng tương tác trong khí quyển.

Vào năm 1871, Lord Rayleigh đã đưa ra một công thức mô tả một tập hợp con của những tương tác này, trong đó các hạt khí quyển nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của bức xạ chạm vào chúng. Mô hình tán xạ Rayleigh cho thấy rằng, trong các hệ thống như vậy, cường độ của ánh sáng tán xạ thay đổi tỷ lệ nghịch với lũy thừa thứ tư của bước sóng của nó. Nói cách khác, các bước sóng ngắn hơn - như xanh lam và tím - tán xạ nhiều hơn các bước sóng dài khi các hạt - chẳng hạn như phân tử oxy và nitơ - tương đối nhỏ. Trong những điều kiện này, ánh sáng tán xạ cũng có xu hướng phân tán như nhau theo mọi hướng, đó là lý do tại sao bầu trời có vẻ bão hòa về màu sắc đến vậy [nguồn: Bohren ].

Nếu chúng ta đủ ngu ngốc để nhìn thẳng vào mặt trời, chúng ta sẽ nhìn thấy tất cả các bước sóng, bởi vì ánh sáng sẽ chiếu trực tiếp vào mắt chúng ta. Đó là lý do tại sao mặt trời và khu vực xung quanh nó trông có màu trắng. Khi chúng ta nhìn ra xa mặt trời, lúc bầu trời quang đãng, chúng ta nhìn thấy ánh sáng chủ yếu từ các bước sóng ngắn hơn, phân tán như tím, chàm và xanh lam.

Vậy tại sao bầu trời không xuất hiện màu tím thay vì màu xanh nhạt? Đôi mắt có nó. Những kẻ nhìn trộm của bạn nhận biết màu sắc bằng cách sử dụng các cấu trúc được gọi là hình nón . Võng mạc của bạn có khoảng 5 triệu tế bào hình nón mỗi bên, được tạo thành từ ba loại chuyên nhìn thấy các màu sắc khác nhau [nguồn: Schirber ]. Mặc dù mỗi loại hình nón nhạy cảm nhất với một số bước sóng đỉnh nhất định, nhưng phạm vi của các loại hình nón này lại trùng nhau. Kết quả là có thể phát hiện các phổ khác nhau và các tổ hợp quang phổ có cùng màu.

Không giống như các giác quan thính giác của chúng ta, có thể nhận ra các nhạc cụ riêng lẻ trong một dàn nhạc, mắt và não của chúng ta diễn giải sự kết hợp nhất định của các bước sóng như một màu riêng lẻ. Thị giác của chúng ta giải thích ánh sáng xanh tím của bầu trời là sự pha trộn giữa ánh sáng xanh và trắng, và đó là lý do tại sao bầu trời có màu xanh lam nhạt.

Bạn có nhiều câu hỏi nhức nhối hơn về hành tinh này? Hãy tiếp tục đọc để biết thêm các liên kết mà bạn có thể thích.

Dải hoàng hôn

Màu sắc của bầu trời có thể thay đổi dựa trên bụi, ô nhiễm và hơi nước, ảnh hưởng khác nhau đến sự hấp thụ và tán xạ của ánh sáng mặt trời. Sắc đỏ của hoàng hôn chủ yếu là do ánh sáng mặt trời đi qua nhiều bầu khí quyển hơn để đến mắt chúng ta. Vào thời điểm ánh sáng đến, nó bị loại bỏ các bước sóng ngắn hơn, chúng bị phân tán đi, chỉ còn lại bước sóng dài hơn, chiếu sáng trực tiếp các tông màu đỏ hơn của ánh sáng mặt trời.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn