Spójrz w górę w słoneczny dzień. Niebo jest niebieskie. Ludzie dziesięć tysięcy lat temu też to wiedzieli. Ale jest tu coś dziwnego: przez prawie całą historię nikt nie umiał powiedzieć, dlaczego. Nawet bardzo mądrzy ludzie dawali złą odpowiedź.
W tym artykule zadamy kilka prostych pytań o kolory wokół nas. Dlaczego niebo jest niebieskie? Dlaczego nie jest fioletowe? Dlaczego zachód słońca jest czerwony? Dlaczego chmury są białe? I jakiego koloru jest niebo w innych światach? Odpowiedzi są łatwe do zrozumienia, a niektóre z nich to prawdziwa niespodzianka.
Najpierw sekret światła słonecznego
Światło słoneczne wydaje nam się białe albo żółte. Ale to nie jest jeden kolor. To mieszanka wielu kolorów: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego i fioletowego. Fioletowy to ciemny, purpurowy kolor.
Angielski naukowiec Izaak Newton pokazał to w latach 60. XVII wieku. Był w ciemnym pokoju. Przez mały otwór wpuścił cienką linię światła słonecznego. Potem postawił na drodze światła pryzmat. Pryzmat to kawałek szkła z trzema bokami. Białe światło weszło do szkła, a z drugiej strony wyszła linia kolorów. Na ścianie wyglądało to jak tęcza.
Ty też możesz zobaczyć ten sekret. Tęcza na niebie działa tak samo. Ale tym razem „pryzmaty” to miliony bardzo małych kropli deszczu.
Światło porusza się jak fala na morzu. Niektóre kolory mają długie fale, a inne krótkie. Czerwone światło ma najdłuższe fale. Niebieskie i fioletowe światło ma najkrótsze fale. Zapamiętaj to. To klucz do całego artykułu.
Dlaczego niebo jest niebieskie?
Powietrze wokół nas nie jest puste. Jest pełne bardzo, bardzo małych rzeczy. Nazywamy je cząsteczkami. Większość z nich to cząsteczki dwóch gazów: azotu i tlenu. Nie możemy ich zobaczyć.
Kiedy światło słoneczne dociera do Ziemi, uderza w te cząsteczki. Cząsteczki wysyłają część światła we wszystkie strony: w górę, w dół, w lewo i w prawo. Naukowcy nazywają to rozpraszaniem.
A teraz najważniejsze. Cząsteczki nie rozpraszają wszystkich kolorów tak samo. Krótkie fale rozpraszają dużo mocniej niż długie. Niebieskie światło ma krótkie fale, więc powietrze rozprasza dużo niebieskiego światła. Czerwone światło ma długie fale, więc większość z niego przechodzi przez powietrze prosto.
Powietrze rozprasza niebieskie światło około pięć razy mocniej niż czerwone.
Dlatego niebieskie światło idzie po całym niebie. Dociera do twoich oczu ze wszystkich stron. Kiedy patrzysz w górę, widzisz niebieskie światło z każdej części nieba. Właśnie dlatego całe niebo wygląda na niebieskie.
Brytyjski naukowiec lord Rayleigh wyjaśnił to w 1871 roku. Dziś naukowcy wciąż nazywają to „rozpraszaniem Rayleigha”.
Ale oto dobre pytanie. Fioletowe światło ma jeszcze krótsze fale niż niebieskie. Więc powietrze rozprasza fioletowe światło jeszcze mocniej niż niebieskie. Dlaczego więc niebo nie jest fioletowe?
Są trzy powody.
- Słońce wysyła nam mniej fioletowego światła niż niebieskiego.
- Część fioletowego światła zatrzymuje się bardzo wysoko na niebie. Nie dochodzi do nas.
- Nasze oczy nie widzą dobrze koloru fioletowego. Niebieski widzą dużo lepiej.
Na niebie jest więc trochę fioletu, ale nasze oczy mieszają wszystko razem i widzimy jasnoniebieski kolor. Kolor nieba zależy nie tylko od powietrza. Zależy też od naszych oczu.
Dlaczego zachody słońca są czerwone i pomarańczowe?
W południe Słońce jest wysoko nad tobą. Jego światło przechodzi przez powietrze krótką drogą. Ale wieczorem Słońce jest nisko. Jego światło przychodzi z boku. Teraz musi przejść przez dużo więcej powietrza — wiele razy więcej niż w południe.
W tej długiej podróży powietrze rozprasza prawie całe niebieskie światło. Idzie ono w inne strony i nigdy nie dociera do twoich oczu. Co zostaje? Długie fale: czerwony, pomarańczowy i żółty. Dlatego Słońce i niebo obok niego wyglądają na czerwone i pomarańczowe.
Pył i dym mogą sprawić, że zachody słońca są jeszcze bardziej czerwone. W 1883 roku w Indonezji wybuchł wulkan Krakatau. Wyrzucił ogromną chmurę pyłu bardzo wysoko w niebo. Przez wiele miesięcy ludzie na całym świecie oglądali bardzo czerwone i piękne zachody słońca.
Dlaczego chmury są białe?
Chmury składają się z bardzo małych kropli wody albo małych kawałków lodu. Te krople są małe, ale są dużo większe niż cząsteczki powietrza.
Większe rzeczy rozpraszają światło inaczej. Nie wybierają niebieskiego. Rozpraszają wszystkie kolory tak samo: czerwony, zielony, niebieski i wszystkie inne. A co dostajesz, kiedy mieszasz wszystkie kolory? Biały! Dlatego chmury są białe.
Ale niektóre chmury są ciemnoszare. Dlaczego? Duża chmura deszczowa jest bardzo gruba. Może mieć kilka kilometrów wysokości. Światło wchodzi do chmury od góry, ale od dołu wychodzi bardzo mało światła. Dlatego kiedy stoisz pod chmurą, wygląda ona na szarą albo nawet czarną. To ta sama biała woda — tylko w cieniu.
Dlaczego morze jest niebieskie?
Wiele osób myśli, że morze jest niebieskie, bo odbija niebieskie niebo jak lustro. To prawda tylko częściowo. W szary dzień morze często też wygląda na szare.
Ale jest jeszcze jeden powód i to niespodzianka. Sama woda ma bardzo jasny niebieski kolor. Woda zabiera, czyli pochłania, trochę czerwonego światła. W szklance wody tego nie zobaczysz. Jest tam za mało wody. Ale w morzu światło przechodzi przez wiele metrów wody. Woda pochłania coraz więcej czerwonego światła. Niebieskie światło zostaje. Dlatego głęboka i czysta woda wygląda na niebieską, nawet pod szarym niebem.
Nurkowie dobrze to wiedzą. Dziesięć metrów pod wodą czerwone rzeczy nie wyglądają już na czerwone. Wyglądają na brązowe albo ciemne. Czerwone światło nie może zejść tak głęboko.
Jakiego koloru jest niebo w innych światach?
Nasze niebieskie niebo bierze się z naszego powietrza. Co więc dzieje się w miejscu bez powietrza? Odpowiedź to Księżyc. Na Księżycu prawie nie ma powietrza. Dlatego nic tam nie rozprasza światła słonecznego. Na Księżycu niebo jest czarne — nawet w środku dnia! Astronauci z misji Apollo chodzili po Księżycu w latach 1969–1972. Widzieli jasne Słońce na czarnym niebie.
Planeta Mars jest jeszcze dziwniejsza. Mars ma bardzo rzadkie powietrze i dużo czerwonego pyłu. Ten pył lata wysoko na niebie. W dzień przez pył niebo Marsa wygląda na żółtobrązowe, w kolorze karmelu. Ale o zachodzie słońca niebo obok Słońca robi się niebieskie. Roboty NASA na Marsie zrobiły zdjęcia tych niebieskich zachodów słońca. Na Marsie jest więc odwrotnie niż na Ziemi: niebo w dzień nie jest niebieskie, ale zachód słońca tak.
Małe pytania, wielkie idee
„Dlaczego niebo jest niebieskie?” brzmi jak pytanie dla małych dzieci. Ale żeby na nie odpowiedzieć, musimy zrozumieć światło słoneczne, fale, powietrze, nasze oczy, a nawet inne planety. Niebieskie niebo, czerwony zachód słońca, biała chmura i niebieskie morze — wszystko to bierze się z jednej prostej idei: światło spotyka coś na swojej drodze i niektóre kolory odchodzą, a inne zostają.
Następnym razem, kiedy spojrzysz w niebo, spróbuj o tym pamiętać. Błękit nad tobą to światło słoneczne, które uderzyło w miliardy malutkich cząsteczek. I jeszcze jedno, ostatnie pytanie do przemyślenia: gdyby można było wybrać, pod niebem jakiego koloru najlepiej byłoby żyć?
