Dlaczego niebo jest niebieskie?

Transkrypt

1 Dlaczego niebo jest niebieskie? Obserwując niebo, na pewno zastanawiacie się, jakie przyczyny powstawania różnych kolorów nieba, a zwłaszcza kolor błękitny. Odpowiedź na to pytanie brzmi: przyczyną błękitnego koloru nieba jest rozpraszanie światła słonecznego na cząsteczkach powietrza tworzącego atmosferę (rozpraszanie Rayleigha). A teraz to sobie wyjaśnijmy. Źródłem światła, docierającego na Ziemię, jest przede wszystkim Słońce. Światło słoneczne jest białe. Co to znaczy, że światło jest białe? Jeżeli światło słoneczne przepuścimy przez szklany pryzmat, lub odbijemy je od drobno prążkowanej powierzchni np. od płyty CD, to zauważymy szereg różnych barwnych pasm np. fioletowych, niebieskich, zielonych, żółtych i czerwonych. Bo światło emitowane przez Słońce jest mieszaniną wszystkich fal elektromagnetycznych z widma widzialnego o różnej długości i częstotliwości. Obejmuje ono zakres fal elektromagnetycznych o długości od 380 do 780 nm. W widmie światła widzialnego można wydzielić nm fiolet przedziały długości fal, które u nm niebieski człowieka wywołują wrażenie nm zielony różnych barw nm żółty Fotony barwy fioletowej nm pomarańczowy i niebieskiej cechuje wysoka nm czerwony energia i wysoka częstotliwość drgań; fotony żółte i czerwone mają najniższe energie i częstotliwości. Losy promieniowania słonecznego w atmosferze ziemskiej zależą od jego długości fali. Zachowuje się ono różnie w zależności od stosunku długości fali do rozmiarów cząsteczek powietrza. Angielski fizyk lord John William Rayleigh (Strutt) ( ) odkrył, że gdy światło słoneczne zderza się z cząsteczkami w atmosferze ziemskiej, to jego niebieska część jest odbijana w kierunku Ziemi. Rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach

2 John William Strutt mniejszych od długości fali rozpraszanego światła nazwano rozpraszaniem Rayleigha. Rozpraszanie Rayleigha na cząsteczkach atmosfery jest przyczyną błękitnego koloru nieba. Błękitne niebo jest wynikiem współdziałania światła słonecznego i atmosfery. Bez atmosfery mielibyśmy za dnia ciemne niebo i moglibyśmy widzieć obok Słońca także gwiazdy. Poza atmosferą ziemską barwa nieba jest czarna i do oka wpada tylko bezpośrednie promieniowanie gwiazd. Jak zatem zachowuje się światło w zależności od długości fali? Fale długie (odpowiadające barwie czerwonej i pomarańczowej) przemierzają atmosferę praktycznie po linii prostej, gdyż cząsteczki powietrza są za małe, żeby przeszkodzić im w podróży. Z naszego punktu widzenia oznacza to, że światło czerwone biegnie do nas tylko z kierunku tarczy słonecznej. Z falami krótszymi (odpowiadającymi barwie fioletowej i niebieskiej) jest inaczej. Te same cząsteczki powietrza, które dla fal czerwonych są małe, są na tyle duże, żeby światło fioletowe i niebieskie odbijało się od nich i uległo rozproszeniu we wszystkich kierunkach. Z naszego punktu widzenia oznacza to, że fioletowy i niebieski dociera do nas ze wszystkich stron. Ze względu jednak na mniejsze natężenie fioletu w widmie słonecznym i znacznie słabszą wrażliwość oka na tę barwę rozproszone światło widzimy nie jako fioletowe, a jako niebieskie, wszędzie jest go pełno i tworzy nad nami błękitną kopułę. A co z falami żółtymi, które są krótsze od czerwonych a dłuższe od niebieskich? Światło żółte rozprasza się dość słabo. W środku dnia, kiedy Słońce jest wysoko, fale elektromagnetyczne mają do pokonania na tyle cienką warstwę atmosfery, że jedynie światło niebieskie skutecznie się na niej rozprasza. O zachodzie Słońca droga światła w atmosferze jest dłuższa, dzięki czemu również zielone i żółte promienie rozpraszają się na tyle, że jest to widoczne. Niebo ma cieplejszy kolor.

3 Słońce Atmosfera Ziemia Zdjęcie nr 1: Niebo w ciągu dnia (górne zdjęcie)-niebieskie światło słoneczne bardziej się rozprasza niż czerwone i dochodzi do oczu obserwatora ze wszystkich kierunków, więc niebo jest niebieskie. Niebo o zachodzie słońca (dolne zdjęcie) - kąt padania światła jest bardzo mały, dłuższa droga promieni słonecznych przez atmo s- ferę powoduje, że niebieskie światło rozprasza się całkowicie wcześniej, nie docierając do oczu obserwatora. Światło czerwone, jako mniej rozproszone, dociera do oczu obserwatora (na podstawie: ) Dlaczego niebo w górach jest bardziej niebieskie niż w dolinach? W górach podczas bezchmurnych dni błękit nieba jest szczególnie intensywny. Zjawisko to silniej występuje w zimie niż w lecie. Jeśli zejdziemy z gór w dolinę, to chociaż pogoda jest nadal piękna i słoneczna, błękitne niebo jest już znacznie bledsze. Natomiast w mieście, nawet w piękne dni, ma się raczej wrażenie, że niebo jest blade, biało-niebieskie, brakuje mu tego głębokiego, granatowego odcienia. Zdjęcie nr 2: Na fotografii niebieskie niebo w Beskidzie Żywieckim około 1150 m n.p.m.

4 ZAGADKA Co powoduje zmieniające się natężenie koloru niebieskiego? Elementami mącącymi atmosferę mogą być zarówno krople wody jak i cząstki pyłu. Im więcej cząstek pyłu (w mieście) jest w powietrzu, tym jaśniejszy jest błękit nieba. Przy suchej, ładnej pogodzie niebo może wydawać się nawet bardziej białe i szare niż niebieskie. I na odwrót, brak cząstek pyłu (w wysokich górach) w powietrzu nasila błękitne zabarwienie nieba. Prognozowanie pogody Stopień niebieskiego zabarwienia nieba może być wskaźnikiem nadchodzących zjawisk pogodowych. W terenach nizinnych ważne są następujące trzy reguły ogólne: 1. Nadzwyczaj ciemna barwa niebieska, związana z bardzo dobrą, wyraźną widzialnością. wskazuje na zmienną sytuację pogodową. Nie jest wtedy wykluczone nagle pogorszenie się pogody z wystąpieniem wiatru (burzy) i opadów. 2. Umiarkowanie jasny lub połyskująco błękitny kolor nieba wskazuje na utrzymywanie się pięknej pogody. 3. Wzrastające przechodzenie od barwy niebieskiej do białej i szarej, połączone z występowaniem mgły wskazuje na zbliżającą się zmianę pogody (niż). Prognozowanie pogody zaczerpnięto z książki: G. Roth: Pogoda i klimat. Świat Książki, Warszawa 2000.

5 Zadanie dla Was!!! Wiecie już dlaczego niebo jest niebieskie. Spróbujcie teraz odpowiedzieć na pytanie: Dlaczego Słońce w ciągu dnia jest żółte, a wieczorem czerwone? Zdjęcie nr 3: Zachód Słońca nad Bałtykiem