Proč je nebe modré a směrem k obzoru jeho barva bledne? Proč se při západu slunce obloha červená? Vše se dá vysvětlit rozptylem světla.
Světlo, které k nám přichází ze Slunce se zdá být bílé, ve skutečnosti se ale skládá ze spektra různých barev. Základní barvy můžeme vidět například u duhy – je to červená, oranžová, žlutá, zelená, tyrkysová, modrá a fialová.
Při průchodu světla atmosférou dochází k jeho rozptylu na molekulách vzduchu – zejména kyslíku a dusíku. Vezmeme-li v úvahu vlnový charakter světla, tak každá barva má jinou vlnovou délku – od červené (cca 700 nanometrů) po fialovou (cca 400 nanometrů). Protože rozměry molekul vzduchu jsou menší než vlnová délka viditelného světla, dochází k rozptylu světla, který závisí na vlnové délce. Poprvé jej popsal anglický fyzik John William Strutt (1842 – 1919), známý též jako lord Rayleigh. Jeho teorii, tzv. Rayleighův rozptyl, později upřesnil ruský fyzik Leonid Mandelštam (1879 – 1944).
Spektrum viditelného světla (zdroj: Tatoute and Phrood, CC BY-SA
3.0)
Pokud jsou částice mnohem menší než vlnová délka záření, pak je velikost rozptylu nepřímo úměrná čtvrté mocnině vlnové délky. Proto je modré a fialové světlo rozptylováno více než červené. K našim očím tak přichází právě více rozptýleného modrého světla. Nabízí se otázka, proč obloha není fialová, když fialové světlo má ještě kratší vlnovou délku. Důvodem je, že ve fialové části spektra svítí slunce méně než v modré, navíc lidské oči jsou na fialovou barvu méně citlivé. Fialová složka světla je také při cestě atmosférou více pohlcována než složka modrá.
Barva nebe není jednolitá. Směrem k obzoru modrá barva bledne, protože světlo zde musí urazit delší vzdálenost a je ještě více rozptylováno. Modrá složka světla tedy přestane dominovat a zvýší se množství bílého světla.
Bleděmodrý obzor (foto: fotobanka Pixabay)
Pokud je obloha zatažená oblačností, jeví se nám bílá až šedá. Zde dochází k jinému typu rozptylu světla, tzv. Mieovu rozptylu. Ten je pojmenován po německém fyziku Gustavu Mie (1868 – 1957) a nastává, když se v atmosféře vyskytují částice, jejichž rozměry jsou srovnatelné nebo větší než vlnová délka procházejícího záření. Jde například o vodní kapičky, ze kterých se skládají oblaky nebo mlhy. Na nich se světlo rozptyluje pro všechny vlnové délky stejně a vzniká tak bílá barva.
Různé odstíny šedé na oblacích jsou určeny buď jejich vlastními stíny, nebo jejich hustotou, která určuje, kolik světla skrz ně projde. Pokud je ovzduší znečištěné a obsahuje hodně pevných (například prachových nebo pylových) částic, dochází také k Mieovu rozptylu a obloha může zbělet.
Při východu nebo západu slunce často obdivujeme červené odstíny nebe. V tuto dobu se totiž slunce nachází těsně nad obzorem nebo pod ním a světlo musí překonat delší vzdálenost, než se dostane k pozorovateli. Modré a fialové světlo je více zeslabováno než světlo o delší vlnové délce (oranžové a červené). Právě červené světlo není tolik rozptylováno a dostane se až k pozorovateli.
Pokud je vzduch více znečištěný (částicemi prachu a vodní parou), dochází k dalšímu zeslabování modrého světla a můžeme tak očekávat ještě výraznější a červenější západ nebo východ slunce.
Zdroje:
Jan Bednář: Pozoruhodné jevy v atmosféře, Academia, 1989.
Corfidi, Stephen. (1996). The Colors of Twilight. Weatherwise. 49. 14-19.
10.1080/00431672.1996.9925403.
Mohlo by vás také zajímat:
Čaj
Alberta Einsteina
Mikroskop
na viry i precipitáty
Vinný pláč