Gökyüzünün ve dünyamızın neden mavi olduğunu gerçekten biliyor musun?
Meraklı bir çocuk için, doğal dünyaya ilk olası soru şudur: "Gökyüzü neden mavi?" Bu soru çok yaygın olmasına rağmen, birçok anlayışın hala sapmaları vardır, örneğin: okyanusu yansıttığı için Oksijen mavi bir gaz olduğu için; güneş ışığının açık mavi bir tonu vb. Olduğundan, doğru cevap genellikle gözden kaçar. Eşit derecede ilginç başka bir soru daha var: "Uzaydan bakıldığında neden dünya mavi?" Bunun dünyanın atmosferiyle hiçbir ilgisi yok! Bu iki konuyu aşağıda inceleyelim.
[Gökyüzü neden mavi?
Aslında, gökyüzünün mavi olmasının nedeni üç basit faktörün birleşimidir: Güneş ışığı birçok farklı dalga boyundan oluşur. , Dünyanın atmosferi, farklı dalga boylarındaki ışığı değişen derecelerde saçan moleküllerden oluşur. ,Hem de Gözlerimizin farklı dalga boylarındaki ışığa karşı farklı hassasiyetleri vardır. . Bu üç faktörü hesaba katarsak, mavinin gökyüzünün kader rengi olduğunu göreceksiniz. Aşağıda, nasıl bir araya geldiklerine bir göz atacağız.
Güneş ışığı, tümü görünmeyen birçok farklı dalga boyundan oluşur. Dünyanın atmosferi, farklı dalga boylarındaki ışık üzerinde farklı derecelerde etkiye sahiptir, bu nedenle farklı optik olayları gözlemleyebiliriz. | Resim kaynağı: Negatif Alan / Pexels
Güneş ışığı, çeşitli ışık renklerinden oluşur. güneş Fotoğraf küresi Zemin Sıcaklık çok yüksek, yaklaşık 6000K ve yaydığı elektromanyetik spektrum, en yüksek enerjili ultraviyole ışıktan görünür ışığa, mor ışıktan kırmızı ışığa ve ardından spektrumun kızılötesi ışık kısmının derinliklerine kadar çok geniştir. Işığın enerjisi dalgaboyuyla ters orantılıdır (ve frekansla orantılıdır), enerji ne kadar yüksek olursa dalga boyu o kadar kısadır ve bunun tersi de geçerlidir. Prizma, güneş ışığını farklı ışık türlerine bölebilir çünkü kırmızı ışık mavi ışıktan daha uzun bir dalga boyuna sahiptir.
Prizmaya girdikten sonra ışık, farklı renkteki ışığa ayrışır. | Resim kaynağı: LucasVB / Wikimedia Commons
Aslında farklı dalga boylarındaki ışığın madde ile etkileşime girmesi günlük hayatımızda farklı tepkiler gösterir, çok önemli ve faydalıdır. Örneğin, bir mikrodalga fırındaki büyük bir delik, kısa dalgalı görünür ışığın içeri ve dışarı çıkmasına izin verebilir, ancak aynı zamanda boşlukta hapsolup ileri geri yansıyan daha uzun dalga boylarına sahip mikrodalgalar da yapabilir; başka bir örnek, ultraviyole, mor ve mavi ışığı yansıtabilen güneş gözlüğü üzerindeki tabakadır, ancak Yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışığın daha uzun dalga boylarının geçmesine izin veren bir kaplama ve atmosferimizi oluşturan azot, oksijen, su, karbondioksit molekülleri ve argon atomları gibi minik parçacıklar, tüm dalga boylarındaki ışığı dağıtabilir, Ancak kısa dalgalı ışığın daha verimli bir şekilde saçılmasına sahiptir.
Rayleigh saçılması. | Resim kaynağı: Hiperfizik
Bu moleküllerin boyutu, ışığın dalga boyundan çok daha küçük olduğu için, ışığın dalga boyu ne kadar kısa olursa, o kadar fazla saçılır. Hesaplamada takip ettiği şeye denir Rayleigh saçılması Hukukun. Bu kurala göre, görünür ışığın kısa dalga sınırındaki mor ışığın frekansının, uzun dalga sınırındaki kırmızı ışığın dokuz katından fazla olduğunu bulduk. (Saçılmanın yoğunluğu, dalga boyunun dördüncü kuvveti ile ters orantılıdır.) Güneş ışığı dünya atmosferine düştüğünde, kırmızı ışığın yalnızca yaklaşık% 11'i dağılacak ve ardından mor ışık gibi gözümüze ulaşacaktır.
Yani güneş gökyüzünde asılı kaldığında tüm gökyüzü mavidir. Güneşin konumuna ve baktığınız alana bağlı olarak, gökyüzünün rengi bazı ilginç fenomenlere sahip olacaktır.
Gün batımından sonra veya gün doğumundan önce, çok yüksek bir irtifadan atmosfere saçılan güneş ışığının renkli bir resmini görebilirsiniz. | Resim kaynağı: Kamu malı
Güneş ufkun altındaysa, tüm ışık büyük miktarda atmosferden geçmelidir. Mavi ışık her yöne dağılabilirken, kırmızı ışık çok daha az dağılır, bu da atmosferde gözümüze ulaştığı anlamına gelir. Gün batımından sonra veya gün doğumundan önce uçağa bindiyseniz, bu muhteşem manzarayı görmüş olmalısınız. Uzaydaki astronotlar daha güzel resimler izleme şansına sahipler.
Mayıs 2010'da, gün batımı sırasında Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan Dünya atmosferine bakıldığında. | Resim kaynağı: NASA / ISS
Gün doğumunda, gün batımında veya ayın doğuşunda veya ayın batışında, güneş veya aydan gelen ışık büyük miktarda atmosferden geçmelidir; ufka ne kadar yakınsa, ışığın o kadar çok atmosferden geçmesi gerekir. Mavi ışık her yöne dağılırken, kırmızı ışık çok daha az verimli bir şekilde dağıtılır. Bu, güneşin veya ayın kendisinin kırmızıya döneceği ve güneşe ve aya yakın ışığın, yani atmosfere dokunan ve gözümüze ulaşmadan önce saçılan ışığın bu süre zarfında kırmızıya döneceği anlamına gelir.
Büyük miktarda atmosferden geçerken, güneşten (veya aydan) gelen ışık ufka yaklaştığında kırmızımsı hale gelir. | Resim kaynağı: Max Pixel / FreeGreatPicture.com
Tam bir güneş tutulması sırasında, ayın gölgesi doğrudan güneş ışığının yakınınızdaki atmosferin çoğuna ulaşmasını engeller ve ufuk kırmızıya döner, ancak başka bir yerde olmaz. Çünkü tüm yolun dışındaki ışık her yöne dağılacaktır, bu yüzden gökyüzünün çoğu hala mavidir. Ancak ufka yakın bir yerde, her yöne saçılan ışık, gözlerinize ulaşmadan yeniden dağılması muhtemeldir. Kırmızı ışık, her şeyden geçme olasılığı en yüksek ışık dalgasıdır ve sonunda daha etkili bir şekilde dağılan mavi ışığı aşar.
Rayleigh saçılması mavi ışığı kırmızı ışıktan daha şiddetli etkiler, ancak görünür dalga boylarında mor ışık en çok saçılanıdır. Ancak göz hassasiyetimiz nedeniyle mor ışık yerine mavi ışık görüyoruz. | Resim kaynağı: Ejderhaların uçuşu / KES47, Wikimedia Commons
Bu noktada başka bir sorunuz olabilir: Daha kısa dalga boyundaki ışık daha kuvvetli dağılmışsa gökyüzü neden mor değil? Aslında, mavi ışığa kıyasla, atmosferden daha fazla miktarda mor ışık geçecek, ancak diğer renklerin ışığı karışacaktır. İnsan gözünün renk tespiti için üç konisi ve tek renkli bir çubuğu vardır.Bir sinyal alındığında, insan beyni onu yorumlayacak ve bir renkle eşleştirecektir.
Her bir koni ve çubuk türü farklı dalga boylarındaki ışığa duyarlıdır, ancak hepsi gökyüzü tarafından bir dereceye kadar heyecanlanır. Gözlerimiz mavi, camgöbeği ve yeşil ışığa mor ışığa göre daha güçlü tepki verir. Gökyüzünde daha fazla mor ışık olsa bile beynimizdeki güçlü mavi ışık sinyaliyle rekabet etmek için yine de yeterli değildir.
Bu üç faktörün birleşimidir, yani:
-
Güneş ışığı birçok farklı dalga boyundaki ışıktan oluşur,
-
Atmosferdeki parçacıklar çok küçüktür ve daha kısa dalga boylu ışığı daha etkili bir şekilde dağıtabilir.
-
İnsan gözünün farklı renklere duyarlılığı farklıdır,
İnsan gözünde gökyüzünü mavi yapar. Ultraviyole ışığı çok etkili bir şekilde görebilirsek, gökyüzü daha mor olabilir; köpekler gibi yalnızca iki tür konimiz varsa, o zaman mavi gökyüzünü yalnızca gündüz görebiliriz, ancak göremeyiz. Gün batımında kırmızı, turuncu ve sarı.
Ama dünyaya uzaydan baktığımızda, dünya da mavidir - aldanmayın, bunun atmosferle hiçbir ilgisi yok!
[Dünya uzaydan bakıldığında neden mavi?
Mars kırmızı bir gezegendir, ay kirli beyazdır, Satürn sarı ışık yayar ve güneşimiz göz kamaştırıcı beyaz ışıkla parlar. Ve içinde yaşadığımız dünya, ister derin uzaydan, ister alçak dünya yörüngemizden biraz daha yüksekte veya güneş sisteminin dış uzayına kadar, gördüğümüz dünya güzel maviyle parlıyor. Ama bu neden? Dünya neden mavi görünüyor?
Her şeyden önce, tüm gezegen mavi değil. Bulutların kendisi beyazdır ve beyaz ışığı yansıtır. Ayrıca aynı nedenden ötürü dünyanın kutuplarındaki kar ve buz gibi şapkalar da beyazdır. Uzaktan görülen kıta, mevsime ve yerel bitki örtüsüne bağlı olarak kahverengi veya yeşil görünür.
Görüntü kaynağı: NASA Dünya Gözlemevi
Öğrendiğimiz önemli bilgiler: Dünya mavi değil çünkü gökyüzü ve atmosfer mavi. Çünkü bu durumda yüzeyden yansıyan ışık mavi olur ki bu gördüğümüzle uyuşmaz. Ama aynı zamanda gerçekten okyanustan gelen bir kısım da var. Yeryüzündeki mavinin derecesi denizin derinliğine bağlıdır. Aşağıdaki resme yakından bakarsanız, kıtaya bitişik alanın (kıta sahanlığı boyunca) derin mavi okyanustan daha açık bir turkuaz tonuna sahip olacağını göreceksiniz.
Resim kaynağı: NASAnın Mavi Mermeri / VIIRS / Suomi NPP
"Okyanus mavidir, çünkü gökyüzü mavidir ve deniz, gökyüzünün rengini yansıtır" argümanını duymuş olabilirsiniz. Gökyüzünün neden mavi olduğunu zaten tartışmıştık. Ama eğer sadece okyanus gökyüzünün rengini yansıttığı içinse, o zaman okyanusta bu farklı mavi tonlarını görmemeliyiz. Doğal ışık koşullarında derin suda fotoğraf çekerseniz, belli bir derinliğe daldığınızda çevrenizdeki hemen hemen her şeyin soluk mavi göründüğünü fark edeceksiniz.
Gerçek şu ki, Okyanus, su moleküllerinden oluşur.Tüm moleküller gibi, su molekülleri de tercihen belirli ışık dalga boylarını emer. Su molekülleri tarafından en kolay emilen ışık, kızılötesi, ultraviyole ve kırmızı ışıktır. Bu, daha derine dalarsanız, güneşten daha az sıcaklık hissedeceğiniz, ultraviyole radyasyondan korunacağınız ve etrafınızdaki her şeyin sanki kırmızı ışık tamamen yok edilmiş gibi maviye dönmeye başlayacağı anlamına gelir.
Biraz daha derin, turuncu ışık tamamen kayboldu.
Resim kaynağı: Dennis Jarvis
Daha aşağıda sarı ışık, yeşil ışık ve mor ışık kaybolmaya başladı.
Sonunda, birkaç kilometre derinliğe ulaştığımızda mavi ışık kayboldu.
Okyanusun en derin kısmının koyu mavi olmasının nedeni budur, çünkü ışığın diğer tüm dalga boyları emilir ve en derin mavi büyük olasılıkla yansıtılır ve evrene yeniden yayılır. Bu nedenle, tüm dünya okyanusla kaplıysa, güneşten gelen görünür ışığın yalnızca% 11'i uzaya geri yansıtılır, çünkü okyanus aslında güneş ışığını emmede oldukça iyidir!
Dünya yüzeyinin% 70'inin okyanusla kaplı olduğu ve çoğunun derin okyanusta olduğu gerçeğine dayanarak, dünyamız uzaktan mavi görünüyor.
Neptün (solda) ve Uranüs (sağda). | Görüntü Kredisi: NASA / Voyager 2
Güneş sistemindeki diğer iki mavi gezegen olan Uranüs ve Neptün'ün atmosferleri esas olarak hidrojen, helyum ve metandan oluşur. (Neptün daha fazla buza ve daha fazla bileşiğe sahiptir, bu nedenle farklı tonlara sahip olacaktır.) Yeterince büyük bir konsantrasyonda, metan kırmızı ışığı emer ve mavi ışığı daha güçlü yansıtırken, hidrojen ve helyum neredeyse hepsi Görünür spektrum şeffaftır. Büyük mavi gaz gezegeni için rengi aslında gökyüzünün rengine göre belirlenir.
Ancak dünya için atmosferimiz o kadar incedir ki gezegenimizin renklenmesinden sorumlu değildir. Gökyüzü ve okyanus birbirini yansıttığı için mavi değil, ama her biri mavidir. Tüm okyanusları emmeyi başarabilirseniz, yeryüzündeki insanların gördüğü gökyüzü hala mavidir; gökyüzünü kaldırmayı başarabilir, ancak yine de yüzeydeki sıvı suyu bir şekilde, o zaman uzaydan koruyabilirseniz Dünyamızın hala mavi olduğunu görün.
Mavi, küçük gezegenimizin doğal rengidir!
