لماذا يبدو لون السماء أزرق؟ ولماذا يكون أحمراً وقت الغروب؟
عند النظر إلى السماء نهاراً أو وقت الغروب, يمكنك الإستمتاع بمنظرها الرائع وألوانها الجميلة, لكن لماذا تظهر السماء باللون الأزرق؟ ولماذا تظهر باللون الأحمر وقت غروب الشمس؟
لماذا لون السماء أزرق؟
من المفاهيم الخاطئة أن السماء تبدو باللون الأزرق لأنها تعكس رزقة البحار والمحيطات. لكن الأصل في اللون الأزرق للسماء هو الغلاف الجوي وعملية تشتت ضوء الشمس التي تحدث عند عبوره خلال السماء.
باختصار, عندما يمر الضوء الأبيض فوق غلافنا الجوي, تتسبب جزيئات الهواء الصغيرة في تشتت الضوء. يزداد التشتت الذي تسببه جزيئات الهواء الصغيرة مع تناقص الطول الموجي للضوء.
يحتوي الضوء البنفسجي والأزرق على أقصر طول موجي, بينما الضوء الأحمر يمتلك أعلى طول موجي. لهذا السبب, يتشتت اللون الضوء الأزرق بشكل أكبر من الضوء الأحمر, فتظهر السماء زرقاء خلال النهار.
لكن خلال شروق وغروب الشمس, وعندما تكون الشمس منخفضة, يجب أن ينتقل الضوء أكثر عبر الغلاف الجوي للأرض.
لا نرى الضوء الأزرق لأنه يتشتت بعيداً. لكن الضوء الأحمر لا يتشتت كثيراً, لذا تظهر السماء باللون الأحمر وقت شروق الشمس وغروبها.
لماذا يكون لون السماء احمر عند الغروب؟
يُعدّ ظهور السماء باللون الأحمر أو البرتقالي عند الغروب من أجمل الظواهر الطبيعية التي نشاهدها يوميًا، والسبب في ذلك يعود إلى طريقة تفاعل ضوء الشمس مع الغلاف الجوي.
فعندما تكون الشمس مرتفعة في السماء، يقطع ضوؤها مسافة قصيرة نسبيًا عبر الغلاف الجوي، وتنتشر الألوان ذات الأطوال الموجية القصيرة، مثل الأزرق والبنفسجي، بصورة أكبر بسبب جزيئات الهواء.
أما عند الغروب، فتكون الشمس قريبة من الأفق، ولذلك يمر ضوؤها عبر مسافة أطول بكثير داخل الغلاف الجوي قبل أن يصل إلى أعيننا.
خلال هذه الرحلة الطويلة، يتشتت جزء كبير من الضوء الأزرق والبنفسجي بعيدًا عن مسار الضوء المباشر، بينما تستطيع الألوان ذات الأطوال الموجية الأطول، مثل الأحمر والبرتقالي والأصفر، الوصول إلى العين بشكل أكبر.
كما يمكن للغبار وبخار الماء والجسيمات الدقيقة الموجودة في الهواء أن تؤثر في شدة ألوان الغروب، ولذلك قد تبدو السماء في بعض الأيام حمراء بدرجات قوية، بينما تظهر في أيام أخرى بلون برتقالي أو وردي.
وهكذا، فإن اللون الأحمر عند الغروب ليس بسبب تغيّر لون الشمس نفسها، وإنما نتيجة لرحلة ضوئها الطويلة عبر الغلاف الجوي وطريقة تشتت ألوان الضوء.
إقرأ أيضاً… لماذا لون الثلج أبيض؟
ما هو الضوء؟
تبعث الشمس جميع ألون الضوء المرئي التي نراها بيضاء. وعندما يمر الضوء من خلال منشور مثلثي, فإنه يقوم بفصل اللون الأبيض إلى ألون قوس قزح.
توضح هذه التجربة أن الضوء الأبيض يتكون من جميع ألوان الضوء المرئي بنفس الكمية تقريباً. تمتلك هذه الألوان المختلفة أطوالاً موجية مختلفة.
وهذا الأمر يؤثر على كيفية تفاعلها مع المواد المختلفة. كما يحتوي الضوء البنفسجي والأزرق على أقصر الأطوال الموجية, والضوء الأحمر هو الأطول.
إقرأ أيضاً… ما هي حالات المادة الخمسة؟ وما هي حالة تكاثف بوز-آينشتاين؟
الشرح الفيزيائي للون السماء الأزرق والأحمر
يرتبط لون السماء الأزرق أثناء النهار واللون الأحمر الذي يظهر غالبًا عند الغروب بظاهرة فيزيائية تُعرف باسم تشتت الضوء.
فعندما يصل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي، يتفاعل مع جزيئات الغازات الموجودة في الهواء، مما يؤدي إلى تشتت أجزاء مختلفة من الضوء في اتجاهات متعددة.
يتكون ضوء الشمس الأبيض من مجموعة من الألوان، ولكل لون طول موجي مختلف. فالألوان الزرقاء والبنفسجية تمتلك أطوالًا موجية أقصر من الألوان الحمراء والبرتقالية، ولذلك تتشتت بدرجة أكبر عند تفاعلها مع جزيئات الغلاف الجوي.
وتُعرف هذه الظاهرة باسم تشتت رايلي. وعلى الرغم من أن البنفسجي يتشتت أكثر من الأزرق، فإن العين البشرية أكثر حساسية للضوء الأزرق، كما أن جزءًا من الأشعة البنفسجية يتم امتصاصه في الغلاف الجوي، لذلك تبدو السماء زرقاء بشكل أساسي.
أما عند شروق الشمس وغروبها، فإن ضوء الشمس يقطع مسافة أطول بكثير داخل الغلاف الجوي بسبب انخفاض موقع الشمس بالقرب من الأفق.
وخلال هذه الرحلة الطويلة، يتشتت جزء كبير من الضوء الأزرق بعيدًا عن اتجاه النظر، بينما يستمر الضوء ذو الأطوال الموجية الأطول، مثل الأحمر والبرتقالي، في الوصول إلى العين. ولهذا تظهر السماء بألوان حمراء وبرتقالية وذهبية.
وتزداد شدة اللون الأحمر عندما يحتوي الغلاف الجوي على الغبار أو الدخان أو الجسيمات الدقيقة، لأنها تؤثر في طريقة انتشار الضوء وتشتته. وهكذا يمكن تفسير اختلاف ألوان السماء خلال اليوم باستخدام مبادئ فيزياء الضوء والغلاف الجوي.
إقرأ أيضاً… لماذا لون ورق الشجر أخضر؟
كيف يتشتت الضوء؟
يتكون الغلاف الجوي للأرض من خليط من الغازات, بالإضافة إلى العديد من الجزيئات المختلفة.
يمكن أعادة توجيه ضوء الشمس بواسطة جزيئات الهواء, وتسمى هذه العملية بتشتت الضوء. حيث يكون حجم هذه الجزيئات أصغر بكثير من الأطوال الموجية للضوء المرئي.
يُعرف التشتت الذي يحدث باسم تشتت رايلي, نسبه إلى إسم اللورد رايلي الذي اكتشفه. يزداد هذا النوع من التشتت مع تناقص الطول الموجي للضوء.
لذا يتشتت الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأحمر بواسطة جزيئات الهواء الصغيرة التي تكون موجودة في الغلاف الجوي.
السماء خلال النهار.
خلال النهار, عندما تكون الشمس ساطعة في السماء تبدو باللون الأبيض, وذلك لأن الضوء يقطع مسافة أقصر عبر الغلاف الجوي للوصول إلينا.
يكون ضوء الشمس مبعثراً قليلاً, بما في ذلك اللون الأزرق. وخلال النهار تبدو السماء زرقاء لأن الضوء الأزرق هو الذي يتشتت أكثر من الألوان الأخرى. حيث تتم إعادة توجيهه إلى العديد من الإتجاهات المختلفة في أنحاء السماء, في حين أن الأطوال الموجية الأخرى ليست مبعثر بنفس المقدار.
في الواقع, يمتلك الضوء البنفسجي طولاً موجياً أقصر مقارنة بالضوء الأزرق, وبالتالي يكون مشتتاً أكثر. لكن لماذا لا تكون السماء بنفسجية؟ الأجابة باختصار هي لأن أعيننا تكون أكثر حساسية للون الأزرق, كما أن ضوء الشمس يحتوي على اللون الأزرق أكثر من البنفسجي.
السماء أثناء الشروق والغروب.
إثناء شروق الشمس أو غروبها, يبدو أن لون السماء يتغير. فعندما تكون الشمس منخفضة في السماء أثناء الشروق أو الغروب, يحتاج ضوء الشمس إلى السفر مسافة أطول عبر الغلاف الجوي للوصول إلينا.
لذا لا نتمكن من رؤية الضوء الأزرق لأنه يتشتت بعيداً عنا. وبدلاً من ذلك, نرى الضوء الأحمر والبرتقالي في السماء لأن هذا الضوء لم يتشتت كثيراً. لذا تبدو السماء باللون الأحمر وقت شروق الشمس وغروبها.
إقرأ أيضاً… ما هي الطاقة المظلمة الموجودة في الكون؟
لماذا يكون لون البحر أزرق؟
بعد أن تبينّا أن سماء الأرض ليست زرقاء لأنها تعكس لون البحار والمحيطات, فما الذي جعل البحر والمحيط يبدوان باللون الأزرق.
في الواقع, ليست السماء هي التي تجعل المياه تبدو باللون الأزرق, بل يعود الأمر مرة أخرى إلى كيفية تفاعل الأطوال الموجية المختلفة للضوء مع المواد المختلفة.
جزيئات الماء جيدة في امتصاص أطوال موجية أطول من الضوء, لذا عندما يضرب ضوء الشمس الماء, يمتص الماء اللون الأحمر والبرتقالي. بينما يمتص الماء الضوء الأزرق بشكل أقل من الأطوال الموجية الأخرى.
لذا ينعكس جزء من اللون الأزرق ونتمكن من رؤيته بعيوننا. ومن الممكن أن ترى درجات اللون الأخضر, وأحياناً بعض الألوان الأخرى. وهذا بسبب ارتداد ضوء الشمس عن الجزيئات والجسيمات والرواسب الأخرى داخل الماء.
المصادر
[1] Why Is the Sky Blue? – nesdis.noaa.gov
[2] Why is the sky blue? – rmg.co.uk
[3] Ever wondered why the sky is blue? Or why sunsets are red? – niehs.nih.gov
