Miért kék az ég?

Miért kék az ég?

A kérdést valószínűleg a nagyszüleink is ugyanúgy feltették maguknak, mint ahogy unokáink is felteszik majd és a válasz ugyanaz. A kalendárium jellegű ismeretterjesztés mégsem fölösleges, mivel fizika oktatás ide, vagy oda, a választ akkor se, most se tudják sokan. Hogy a jövőben mi lesz, nem tudjuk, de az oktatási trendeket látva jobb, ha inkább most is elmagyarázzuk a választ. A kérdést valószínűleg a nagyszüleink is ugyanúgy feltették maguknak, mint ahogy unokáink is felteszik majd és a válasz ugyanaz. A kalendárium jellegű ismeretterjesztés mégsem fölösleges, mivel fizika oktatás ide, vagy oda, a választ akkor se, most se tudják sokan. Hogy a jövőben mi lesz, nem tudjuk, de az oktatási trendeket látva jobb, ha inkább most is elmagyarázzuk a választ. Képzeljük el, mintha az ég egy tükör lenne, amiből csak a kék fénysugarak tükröződnek vissza a szemünkbe. Az ég tehát azért látszik kéknek, mivel ez a fény jut el leginkább a szemünkig.Ha csak a hullámhossz döntene, a még rövidebb ibolya fénynek kéne a legjobban szóródnia, így az ég lilás lenne, de ezt a színt egyrészt sokkal mohóbban nyeli el a légkör felső tartománya, másrészt a légkörben sok, a levegő gáz molekuláinál nagyobb molekulájú szennyeződés is található, ezek miatt pedig inkább a valamivel nagyobb hullámhosszúságú kék fény lesz a szóródásban a nyerő. Szemünk ráadásul anatómiai okokból érzékenyebb a kék fényre, mint az ibolyára, ez szintén növeli az ég látszólagos kékségét. Az égbolt légkör nélkül fekete lenne, csak a Nap és a csillagok fehér fénye látszana. A repülőgép utasai is megfigyelhetik, hogyan változik át emelkedéskor a szóródást létrehozó gázréteg vékonyodásával az ég világoskék színe egy mélykék, fényszegényebb árnyalatba, s ha űrhajósok lennénk, felszállás közben lehetőségünk lenne rá, hogy megfigyeljük, hogyan változik át fokozatosan az ég színe koromfeketébe.Aki pedig ennek igazán örült volna, Leonardo da Vinci, hiszen egy Alpokban tett kirándulása során már mintegy ötszáz éve megfigyelte, hogy, minél magasabbra ment, annál sötétebb kék lett az égbolt színe. Ezért kék színű a nappali égbolt! A legnagyobb elmék is gondolkodtak ezen! Elsőként Leonardo da Vinci (1452–1519), a híres itáliai reneszánsz polihisztor próbálta megfejteni, hogy miért kék színű az ég. Leonardo 1508-ban, az Alpokban tett hegyvidéki kirándulása során megfigyelte, hogy nagyobb magasságban sötétebb kékre vált az égbolt színe.

Természetes számunkra az égbolt kék színe, pedig a levegő színtelen Forrás: Bigsky  Sir Isaac Newton (1642–1727) 17. századi angol fizikust, a tömegvonzás törvényének felfedezőjét is foglalkoztatta ez a kérdés. Newton jött rá, hogy a kék szín kialakulásában a Napból érkező fény légköri elnyelődésének lehet szerepe.   Amitől kék és vörös a színtelen levegő! Lord Rayleigh rájött, hogy a levegőt alkotó molekulákat a légkörbe beérkező napfény rezgésre gerjeszti, ami miatt kisugározzák az elnyelt energiát.

Lord Rayleigh (1842–1919) brit Nobel-díjas fizikus nevéhez fűződik a jelenség mögött álló törvényszerűség megfogalmazása.  A napfény a levegőt alkotó gázok molekuláin szétszóródik.  Mivel a rövidebb hullámhosszúságú színeknek, mint például az ibolyának és a kéknek sokkal erősebb a szóródása, mint  a nagyobb hullámhosszú színeknek – ilyen a narancs és a vörös -, ezért látjuk kéknek a nappali égbolt színét. Mivel az ibolya és kék fény sokkal jobban szóródik a színkép más, nagyobb hullámhosszú színeinél, ezért kéknek látjuk az égboltot.  Naplemente idején a fény sokkal vastagabb légrétegen hatol keresztül, az elnyelődés miatt ilyenkor a hosszabb hullámhosszú színek, a narancs és a vörös válik meghatározóvá.
A jóval vastagabb levegőréteg miatt a rövidebb hullámhosszak szinte teljesen elnyelődnek, ezért nő meg a spektrum nagyobb hullámhosszú és kevésbé szóródó narancs, illetve vörös tartománya.