Hvorfor er himlen blå?

Hvis du nogensinde har spekuleret på hvorfor, ligesom Irving Berlin, du ser "kun blå himmel, "du er i godt selskab. Det tog mange århundreder og mange kloge mennesker - herunder Aristoteles, Isaac Newton, Thomas Young, James Clerk Maxwell og Hermann von Helmholtz - for at løse svaret, dels fordi løsningen omfatter så mange komponenter:farverne i sollys, den vinkel, ved hvilken solbelysning bevæger sig gennem atmosfæren, størrelsen af ​​luftbårne partikler og atmosfæriske molekyler, og den måde vores øjne opfatter farve.

Lad os tage himlen ud af ligningen et øjeblik og begynde med at se på farve. Fra et fysisk synspunkt, farve refererer til bølgelængderne af synligt lys, der forlader et objekt og rammer en sensor, såsom et menneskeligt øje. Disse bølgelængder kan reflekteres, eller spredt , fra en ekstern kilde, eller de kan komme fra selve objektet.

Farven på et objekt ændres afhængigt af farverne i lyskilden; for eksempel, rød maling, set under blåt lys, ser sort ud. Isaac Newton demonstrerede med et prisme, at solens hvide lys indeholder alle farver i det synlige spektrum, så alle farver er mulige i sollys.

I skole, de fleste af os lærte, at en banan ser gul ud, fordi den reflekterer gult lys og absorberer alle andre bølgelængder. Dette er ikke korrekt. En banan spreder lige så meget orange og rødt som den gør gul, og spreder alle farverne i det synlige område til en eller anden grad [kilde:Bohren]. Den virkelige årsag til, at det ser gult ud, vedrører, hvordan vores øjne fornemmer lys. Inden vi går ind i det, imidlertid, lad os se på hvilken farve himlen faktisk har.

Det gør vi næste gang.

Blue Skies:Størrelsen er grænsen

Ligesom bananer, atomer, molekyler og partikler i atmosfæren absorberer og spreder lys. Hvis de ikke gjorde det, eller hvis Jorden ikke havde nogen atmosfære, vi ville opfatte solen som en meget lys stjerne blandt andre på en himmel af evig nat. Ikke alle bølgelængder i det synlige lysspektrum spredes ens, imidlertid. Kortere, mere energiske bølgelængder, mod den violette ende af spektret, spredes bedre end dem mod det længere, mindre energisk, rød ende. Denne tendens skyldes til dels deres højere energi, hvilket giver dem mulighed for at ping-pong mere rundt, og dels til geometrien af ​​partiklerne, som de interagerer med i atmosfæren.

I 1871, Lord Rayleigh udledte en formel, der beskriver en delmængde af disse interaktioner, hvor atmosfæriske partikler er meget mindre end bølgelængderne af den stråling, der rammer dem. Rayleigh -spredningsmodellen viste, at, i sådanne systemer, intensiteten af ​​spredt lys varierer omvendt med den fjerde effekt af dens bølgelængde. Med andre ord, kortere bølgelængder - som blå og violet - spreder meget mere end lange, når partikler - såsom ilt og nitrogenmolekyler - er relativt små. Under disse betingelser, spredt lys har også en tendens til at sprede sig lige meget i alle retninger, derfor ser himlen så mættet ud med farve [kilde:Bohren].

Hvis vi var dumme nok til at se direkte på solen, vi ville se alle bølgelængder, fordi lys ville nå vores øjne direkte. Derfor ser solen og området omkring den hvide ud. Når vi ser væk fra solen, på den klare himmel, vi ser lys for det meste fra kortere, spredte bølgelængder som violet, indigo og blå.

Så hvorfor ser himlen ikke violet ud i stedet for lyseblå? Det har øjnene. Dine kigger opfatter farve ved hjælp af strukturer kaldet kogler . Din nethinde børster med cirka 5 millioner kegler hver, består af tre typer, der er specialiserede i at se forskellige farver [kilde:Schirber]. Selvom hver slags kegle er mest følsom over for bestemte bølgelængder, rækkevidden af ​​kegletyperne overlapper hinanden. Som resultat, forskellige spektre og spektrale kombinationer kan detekteres som den samme farve.

I modsætning til vores auditive sanser, som kan genkende individuelle instrumenter i et orkester, vores øjne og hjerner fortolker visse kombinationer af bølgelængder som en enkelt, diskret farve. Vores visuelle sans fortolker himmelens blåviolette lys som en blanding af blåt og hvidt lys, og derfor er himlen lyseblå.

Har du flere brændende spørgsmål om planeten? Fortsæt med at læse for flere links, du måske kan lide.

Himlens farve kan ændre sig baseret på støv, forurening og vanddamp, som påvirker absorptionen og spredningen af ​​sollys forskelligt. Den rødlige skær af solnedgange skyldes mest, at sollyset bevæger sig gennem mere atmosfære for at nå vores øjne. Når lyset kommer, det er blevet frataget kortere bølgelængder, som har spredt sig, efterlader kun den længere bølgelængde, direkte belysning af sollysets rødere toner.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer Auroras
• Hvad forårsager en regnbue?
• Hvorfor bliver himlen mørk om natten?
• Sådan fungerer Jorden
• Sådan fungerer skyer
• Sådan fungerer vejret
• Gør smog virkelig til smukke solnedgange?
• Er der et lys 10 milliarder gange lysere end solen?
• Sådan fungerer lys
• Sådan fungerer regnbuer

Flere store links

• NASA's The Space Place:Blue Skies
• Fysiklokalet:Blå himmel og røde solnedgange

Kilder

• Bohren, Craig F. og Eugene Edmund Clothiaux. "Grundlaget for atmosfærisk stråling:En introduktion med 400 problemer." Wiley-VCH. 21. marts 2006.
• Boyd, Padi. "Hvorfor er himlen blå, og hvorfor er solen rød ved solopgang og solnedgang (under hensyntagen til interstellært støvs egenskaber)?" NASA Goddard Space Flight Center:Spørg en astrofysiker. 11. juni kl. 1997. (16. juni, 2011) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970611f.html
• Encyclopedia Britannica. "Spredning (farve)." Encyclopedia Britannica Online. 2011. (14. juni, 2011) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/126658/colour/21861/Scattering
• Fitzpatrick, Richard. "Rayleigh Scattering." 2. februar kl. 2002. (13. juni, 2011) http://farside.ph.utexas.edu/teaching/em/lectures/node97.html
• Gibbs, Philip. "Hvorfor er Himmelblå?" Ofte stillede spørgsmål om Usenet Physics. Maj 1997. (13. juni, 2011) http://www.desy.de/user/projects/Physics/General/BlueSky/blue_sky.html
• NASA's The Space Place. "Hvorfor er Himmelblå?" 12. maj kl. 2011. (14. juni, 2011) http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
• Nave, R. "Blå Himmel." Georgia State University Physics and Astronomy:Hyperphysics. (15. juni kl. 2011) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
• Schirber, Michael. "Hvorfor himlen er blå i stedet for lilla." MSNBC. 19. juli 2005. (16. juni, 2011) http://www.msnbc.msn.com/id/8631798/ns/technology_and_science-science/t/why-skies-are-blue-instead-purple/
• Hård, David P. "De mange farver i sollys." Goddard Space Flight Center. 23. september kl. 2011. (15. juni, 2011) http://www-istp.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sun4spec.htm