لماذا لون السماء أزرق ؟
عندما نتأمل السماء ونراها باللون الأزرق، فإننا في الحقيقة لا نرى لون السماء بحد ذاته، بل نلاحظ تأثير العناصر الزرقاء التي تتواجد في أشعة الشمس.
يعتبر الكثير من الناس أن لون الشمس يميل إلى الأصفر أو البرتقالي، ولكن في الواقع، تتضمن أشعة الشمس جميع الألوان الموجودة في الطيف وعلى الرغم من أن أعيننا تدرك هذه الألوان كضوء أبيض بشكل عام، إلا أنه ليس من الضروري النظر مباشرة إلى الشمس للتحقق من ذلك.
لماذا لون السماء أزرق ؟
تظهر السماء باللون الأزرق نتيجة عدة عوامل، منها اختلاف الأطوال الموجية التي يتكون منها ضوء الشمس، بالإضافة إلى ظاهرة تشتت الضوء بسبب الغلاف الجوي للأرض، واختلاف حساسية عين الإنسان للألوان.
في ما يلي توضيح لسبب ظهور السماء بهذا اللون:
- عندما تكون الشمس في أعلى نقطة في السماء خلال النهار، تسقط أشعتها بشكل عمودي على الغلاف الجوي.
- يكون ضوء الشمس في هذه الحالة باللون الأبيض، حيث يتكون من مجموعة متنوعة من الألوان المرئية التي تتميز بأطوال موجية مختلفة.
- تقوم جزيئات الهواء الموجودة في الغلاف الجوي بامتصاص الأطوال الموجية القصيرة، مثل الأزرق والبنفسجي.
- وعندما يحدث ذلك، تعكس هذه الجزيئات الضوء البنفسجي والأزرق في كل الاتجاهات، مما يؤدي إلى تشتت الضوء.
- وحسب قانون يعرف بظاهرة تشتت رالي، يزداد تشتت الضوء كلما قل الطول الموجي، وبالتالي فإن الأطوال الموجية للضوء البنفسجي والأزرق، التي تعتبر قصيرة، تتشتت أكثر من الأطوال الأخرى.
- بما أن عين الإنسان تكون أكثر حساسية للون الأزرق مقارنة باللون البنفسجي، فإننا نرى السماء في الغالب باللون الأزرق بدلاً من أن نراها مزيجا من اللونين.
لماذا تظهر السماء باللون الأحمر عند الغروب؟
تظهر السماء باللون الأحمر خلال وقت غروب الشمس بسبب زوايا سقوط ضوء الشمس على الغلاف الجوي، حيث تأتي الأشعة الشمسية بزاوية مائلة.
- نتيجة لذلك، تسلك أشعة الشمس مسارا أطول خلال الغلاف الجوي، مما يعني أنها تتفاعل مع عدد أكبر من الجزيئات مثل جزيئات النتروجين والأكسجين، بالإضافة إلى مكونات أخرى موجودة في الغلاف الجوي.
- هذا التفاعل يؤدي إلى امتصاص كميات كبيرة من الضوء الأزرق والبنفسجي، بينما تظل الأطوال الموجية الأخرى، مثل الأحمر والبرتقالي والأصفر، قادرة على النفاذ عبر الغلاف الجوي.
- عندما تصل هذه الأطوال الموجية إلى الأفق، فإنها تنعكس عن الغيوم والأتربة والجزيئات المحيطة، مما يؤدي إلى تشتت الضوء في جميع الاتجاهات.
- نتيجة لهذه العملية، تعطي السماء اللون الأحمر، بالإضافة إلى درجات من البرتقالي والأصفر، مما يخلق مشهدا جميلا ومميزا يتمتع به الناس خلال غروب الشمس.
السبب الحقيقي وراء لون السماء الأزرق
على الرغم من أن الضوء الشمسي يظهر باللون الأبيض للعين المجردة، إلا أنه يتكون في الحقيقة من طيف واسع من الألوان يمتد من الأحمر إلى البنفسجي.
- السبب وراء ظهور السماء باللون الأزرق هو تفاعل هذا الضوء مع الغلاف الجوي للأرض.
- عندما نتحدث عن الضوء، يجب أن نفهم أنه يتحرك على شكل موجات، ولكل لون في الطيف ضوءه الخاص وطوله الموجي المحدد.
- الألوان الدافئة، مثل اللون الأحمر، تمتاز بأطوال موجية أطول، بينما الألوان الباردة، مثل الأزرق والبنفسجي، تتمتع بأطوال موجية أقصر.
- علاوة على ذلك، يتفاعل الضوء بطرق متنوعة مع المواد التي يمر بها على سبيل المثال، عندما يمر الضوء الشمسي عبر مادة شفافة مثل الماء، يحدث انكسار للضوء نتيجة لتغير سرعته عند الانتقال من وسط إلى آخر، هذا التغيير في السرعة يؤدي إلى انحراف موجات الضوء.
- أما بالنسبة للمواد الأخرى، مثل المرايا، فإنها تعكس الضوء في اتجاه واحد دون أن تتسبب في تشتته، بينما هناك مواد أخرى تمتلك القدرة على تشتيت الضوء في اتجاهات متعددة.
- وبناء على ذلك، يمكننا أن نستنتج أن مصدر الضوء وطريقة تفاعل الضوء مع المواد المحيطة به يلعبان دورا حيويا في تشكيل الألوان والظواهر البصرية التي نلاحظها في حياتنا اليومية.
سبب عدم ظهور السماء بلون بنفسجي
لماذا لا نرى السماء باللون البنفسجي، رغم أن اللون البنفسجي يمتلك أقصر طول موجي، وبالتالي يفترض أن يكون هو اللون الأكثر تشتتا.
يمكن تفسير ذلك من خلال عدة عوامل رئيسية أولاً، فإن حساسية عيون البشر تجاه الألوان تختلف؛ حيث إن أعيننا أقل حساسية للضوء البنفسجي منها للضوء الأزرق، هذا يعني أن الضوء الأزرق يكون أكثر وضوحا بالنسبة لنا ويبدو أكثر سطوعا.
ثانيا، بعض مكونات الضوء البنفسجي يتم امتصاصها في طبقات الغلاف الجوي العليا، مما يقلل من كمية الضوء البنفسجي الذي يصل إلى أعيننا.
لذا، على الرغم من أن اللون البنفسجي يعتبر له أقصر طول موجي وأكثر الألوان تشتتا، إلا أن العوامل المرتبطة بحساسية العين وامتصاص الغلاف الجوي تؤدي إلى أن السماء تظهر لنا في الغالب باللون الأزرق.
سبب عدم ظهور السماء بلون داكن في الليل
قد يبدو السؤال حول سبب ظهور السماء بلون داكن في الليل سخيفا للوهلة الأولى، ولكنه في الواقع يعد معضلة حيرت العلماء لفترة طويلة.
- إذ إن كوكب الأرض محاط بنجوم ومجرات كان من المفترض أن تحول ظلمة السماء إلى ضوء ساطع، فلماذا إذًا تظل السماء مظلمة في الليل؟
- قام الفلكي الألماني هاينريش فيلهلم أولبرز في عام 1823 بصياغة هذا السؤال فيما يعرف بمفارقة أولبرز، تشير هذه المفارقة إلى أن ظلمة السماء تتعارض مع الافتراض بوجود كون ثابت لا نهائي تتوزع فيه النجوم والمجرات.
تفسيرات العلماء وفرضياتهم حول لون السماء والظواهر المختلفة
الفرضية الأولى
تفترض أن ذرات الغبار قد تعيق مرور الضوء القادم من الأجسام البعيدة ومع ذلك، فإن الضوء الذي يسقط على الغبار يؤدي إلى تسخينه، مما يجعله يتوهج ويضيء بنفس طريقة المصدر الأصلي للضوء.
الفرضية الثانية
تشير إلى أن الكون يتمدد ويتسع، مما يعني أن النجوم والمجرات تبتعد عن الأرض، يؤدي هذا إلى زيادة طول الموجة الكهرومغناطيسية القادمة إلينا، وقد تم الاستدلال على ذلك من خلال تحول أضواء النجوم البعيدة إلى اللون الأحمر، وهو ما يعرف بظاهرة الإزاحة الحمراء، إذا كان هذا التفسير صحيحًا، فإن الضوء فوق البنفسجي ذو الطول الموجي الأقصر سيتحول أيضًا إلى النطاق المرئي، وهو ما لا يحدث في الواقع.
الفرضية الثالثة
تعتبر هذه الفرضية الأكثر احتمالية لتفسير ظلمة السماء ليلاً، وتتعلق بسرعة الضوء وعمر النجوم، يسير الضوء بسرعة 300,000 كيلومتر في الثانية، وهي سرعة هائلة لكنها محدودة.
- يعني ذلك أننا نستطيع رؤية الأجسام فقط عندما يصلنا الضوء الصادر عنها، يتفق علماء الفلك على أن أقصى مسافة يمكننا استقبال الضوء منها تقع بين 10 و15 مليار سنة ضوئية.
- لذلك، لا يوجد وقت كاف لرؤية ضوء المجرات البعيدة، وعندما يصلنا ضوء المجرات القريبة، سيكون قد مضى الكثير من الوقت وقد تصبح هذه النجوم ميتة ومظلمة.
- لذا، لن تكون الظروف اللازمة لجعل السماء مشرقة ومضيئة ليلاً متاحة في أي وقت من الأوقات.
