Miks taevas on sinine - nii lihtsale küsimusele on väga raske vastust leida. Parima lahenduse probleemile pakkus välja umbes 100 aastat tagasi inglise füüsik lord John Rayleigh.
Aga alustame uuesti. Nii et taeva värv peaks olema sama, kuid see on endiselt sinine. Mis juhtub valge valgusega maa atmosfääris?
Päikese värv
Päikesekiirte tegelik värv on valge. Valge tuli on segu värvilistest kiirtest. Prisma kasutades saame vikerkaare teha. Prism jaguneb valge kiir värvilisteks ribadeks: punaseks, oranžiks, kollaseks, roheliseks, siniseks, siniseks ja violetseks. Ühendades moodustavad need kiired jälle valge valguse. Võib eeldada, et kõigepealt jaguneb päikesevalgus värvilisteks komponentideks. Siis juhtub midagi ja Maa pinnale jõuavad ainult sinised kiired.
Erinevatel aegadel esitatud hüpoteesid
Võimalikke seletusi on mitu. Maa ümbritsev õhk on segu gaasidest: lämmastik, hapnik, argoon ja teised. Atmosfääris on ka veeaur ja jääkristallid. Tolm ja muud väikesed osakesed on õhus hõljuvad. Ülemises atmosfääris on osoonikiht. Kas see võib olla põhjus?
Mõned teadlased uskusid, et osooni- ja veemolekulid neelavad punaseid kiirte ja edastavad siniseid. Kuid selgus, et atmosfääris polnud lihtsalt taevasiniseks muutmiseks piisavalt osooni ja vett.
1869. aastal soovitas inglane John Tyndall, et tolm ja muud osakesed hajutaksid valgust.Sinine valgus on hajutatud võimalikult vähe ja läbib selliste osakeste kihte, jõudes Maa pinnale. Oma laboris lõi ta suitsumudeli ja valgustas seda erkvalge tulega. Suits muutus sügavsiniseks.
Tyndall otsustas, et kui õhk on täiesti puhas, ei hajuta miski valgust ja me võime imetleda säravat valget taevast. Ka Lord Rayleigh toetas seda ideed, kuid mitte kaua. 1899. aastal avaldas ta oma seletuse: taevasinist värvib õhk, mitte tolm ega suits.
Värvi ja lainepikkuse suhe
Osa päikesekiiri läbib gaasimolekulide vahel, ilma nendega kokku põrkamata ja ilma muutusteta jõuab Maa pinnale. Enamikku neist absorbeerivad gaasimolekulid. Kui footonid imenduvad, erutuvad molekulid ehk laetakse energiaga ja eraldavad selle siis jälle footonite kujul. Nendel sekundaarsetel footonitel on erinevad lainepikkused ja need võivad olla mis tahes värvi - punasest lillani.
Nad hajuvad igas suunas: Maale, Päikesele ja külgedele. Lord Rayleigh leidis, et kiirgava kiirguse värv sõltub ühe või teise värvi kvantide ülekaalust kiirgus. Gaasimolekuli kokkupõrkel päikesevalguse footonitega on punase sekundaarsel kvoodil kaheksa sinise kvantti.
Milline on tulemus? Intensiivne sinine valgus valab sõna otseses mõttes igast küljest miljarditest atmosfääri gaaside molekulidest. Selle valgusega on segatud teiste värvide footonid, nii et sellel pole puhast sinist tooni.
Miks on taevas sinine - vastus
Enne maa pinnale jõudmist, kus inimesed saavad seda mõelda, peab päikesevalgus läbima kogu planeedi õhukoore. Valgusel on lai spekter, milles põhivärvid ja vikerkaaretoonid paistavad endiselt silma. Selles spektris on punasel pikim valguslaine, violetsel aga kõige lühem. Päikeseloojangul muutub päikesekett kiiresti punaseks ja tormab silmapiirile lähemale.
Sel juhul peab valgus ületama üha suureneva õhu paksuse ja osa lainetest on kadunud. Esiteks kaob violetne, siis sinine, sinine. Pikimad punased lained tungivad Maa pinnale kuni viimseni ja seetõttu on päikeseketas ja selle ümber olev halo kuni viimaste hetkedeni punakad toonid.
Mis õhtul muutub?
Päikeseloojangule lähemale tormab Päike silmapiirile, mida madalamale ta langeb, seda kiiremini õhtu läheneb. Sellistel hetkedel hakkab algne päikesevalgust maapinnast eraldav atmosfääri kiht kaldenurga tõttu järsult suurenema. Mingil hetkel lakkab tihendatud kiht peale punase ka teisi valguslaineid edastama ja sel hetkel muudab taevas selle värvi. Sinist enam pole, see imendub atmosfääri läbides.
Huvitav fakt: päikeseloojangul läbivad päike ja taevas terve varjundi - kuna üks või teine neist lakkab atmosfääri läbimast. Sama võib täheldada ka päikesetõusu ajal, mõlema nähtuse põhjused on samad.
Mis juhtub, kui päike tõuseb?
Päikesetõusul läbivad päikesekiired sama protsessi, kuid vastupidises järjekorras. See tähendab, et kõigepealt murravad atmosfäärist tugeva nurga alt läbi esimesed kiired, pinnale jõuab ainult punane spekter. Seetõttu hõikab päikesetõus esialgu punaseks. Päikesetõusu ja -nurga muutudes hakkavad siis minema teiste värvide lained - taevas muutub oranžiks ja siis muutub see tavaliselt siniseks. Täheldatakse poole päeva taevasinist sügavat sinist värvi ja siis õhtul hakkab see taas pöörlema lillakasse. Taeva ühel küljel, kaugel päikesest, on täheldatud sinimustvalget varjundit, kuid mida lähemale loojuvale päikesele, seda rohkem on horisondi lähedal näha punaseid toone, kuni päike täielikult kaob.
Selliseid värvinähtusi täheldatakse kõikjal. Päike muutub punaseks, nagu ka taeva lähedal asuvad alad, nii ekvaatori kui ka pooluste juures. Seda nähtust võib näha kogu planeedil. Mõnikord on päikeseloojangul või päikesetõusul rohkem küllastunud punaseid toone, see on tingitud atmosfääri seisundist, aerosoolide või suspensioonide olemasolust selles. Muudel juhtudel pole värv nii väljendunud, mõõdukam. On olemas rahvapäraseid märke, mis võimaldavad järgmise päeva ilma määrata vastavalt päikeseloojangu varjunditele - inimesed on õppinud värve analüüsima ja neilt atmosfääri olekut enam-vähem täpsusega ennustama.
Seega on päikeseloojangu punane värv tingitud asjaolust, et suure nurga alt läbi atmosfääri murduvad ainult Päikesespektri punased värvid, millel on kõige pikem lainepikkus. Päikesetõusu punane värv on seotud sama teguriga.Ülejäänud päeval on taevas sinine, kuna see vari suudab teise spektri välja uputada, omades kõige suuremat hajumise võimet.