پاسخ به سوالی رایج ؛ چرا آسمون آبیه ؟
اگر به هر کتاب مشهوری در این زمینه نگاهی بیندازید متوجه می شوید که آسمان به دلیل پراکندگی موج رایلی آبی رنگ است . در حالی که پراکندگی موج رایلی بخش مهمی از پاسخ است اما تنها بخش و پاسخ این موضوع نیست . اگر تنها پراکندگی موج رایلی تاثیر داشت آسمان به جای آن که آبی باشد، بنفش بود .
در حقیقت 4 عامل در آبی شدن رنگ آسمان دخیل هستند :
- پراکندگی موج رایلی در اتمسفر
- طیف نور خورشید در توزیع حرارتی
- تماشای غیر خطی رنگ ها توسط مغز و چشم انسان
- انبوه تراکم ساختاری در اتمسفر
پراکندگی موج رایلی اتفاقی است که نور از جسم خارج شده و طول موج آن کوتاه می شود . مشتقات فیزیکی نشان می دهد که برای پراکندگی رایلی رنگ هایی با فرکانس بالاتر مانند آبی و بنفش بسیار قوی تر از رنگ های فرکانس پایین مانند قرمز و نارنجی پراکنده می شوند .
از لحاظ ریاضی شدت نور پراکنده شده متناسب با f 4 است . f فرکانس نور است بدان معنا که اگر هر دو رنگ روشن باشند رنگی که دو برابر فرکانس رنگ دیگر را داشته باشد 16 برابر روشن تر از رنگ دیگر خواهد بود . در اتمسفر اشیایی که پراکندگی دارند بیشتر مولکول های اکسیژن و نیتروژن هستند . این مولکول ها بسیار کمتر از نور مریی می باشند . ( مولکول های اکسیژن در حدود 0/1 نانومتر عرض دارند و دارای طول موج 500 نانومتر هستند .) بنابراین پراکندگی موج رایلی موجود در اتمسفر است و اگر این امر پایان داستان باشد، آسمان بنفش خواهد بود نه آبی، زیرا بنفش رنگ قابل مشاهده با بالاترین فرکانس است .
چنانچه در پلاس وی اشاره کرده ایم اکثر مردم تصور می کنند که نور خورشید قبل از برخورد به جو، رنگی کاملا سفید دارد، زیرا سفید ترکیبی مناسب از همه رنگ ها است. اما در واقعیت نور خورشید که به جو برخورد می کند توزیع مساوی از همه رنگ ها ندارد بلکه فقط توزیع حرارتی دارد .
خورشید توپی آتشین و حرارتی است . نوری که خورشید به درون فضا می فرستند در اثر گرمای آن ایجاد می شود و بنابراین توزیع گرمایی ایجاد رنگ ها را به دنبال خواهد داشت . ماهیت دقیق توزیع حرارتی به درجه حرارت جسم درخشان بستگی دارد .
دمای سطح خورشید در حدود 5800 کلوین است؛ بنابراین توزیع حرارتی مادون قرمز را در فرکانس فضا قله ای می کند . از این رو نور خورشید که به جو برخورد می کند ترکیبی مساوی از همه رنگ ها نیست، بلکه ترکیبی از همه رنگ ها با تسلط بر قرمز و نارنجی و تسلط بیشتر بر رنگ بنفش است.
انبوه پراکندگی به این معناست که عبور نور از جو به تدریج سبب ضعیف تر شدن می شود، زیرا طول مسیر تا حدی پراکندگی دارد. سرعت ضعیف آن برای رنگ هایی با فرکانس بالاتر سریع تر است ، به عبارت دیگر آبی و بنفش قوی ترین پراکندگی را دارند، در حالی که با سرعت از جو عبور می کنند . کاهش قله ای نمودار همان چیزی است که غروب خورشید را قرمز و نارنجی نشان می دهد . در هنگام غروب آفتاب نور خورشید با زاویه ای کم به ما نزدیک می شود بنابراین فضای بیشتری را طی خواهد کرد.
در واقع پس از طی این مسافت با گذشت زمان نور به لایه ای از هوا نزدیک شده و فقط رنگ قرمز باقی می ماند و نارنجی نیز رنگ آبی و بنفش را قوی تر می کند، اما هیچ نور آبی یا بنفشی در پرتوها باقی نخواهد ماند . نورخورشید در پایین جو پرتو کم تری نسبت به پرتو بنفش در بالای جو دارد، زیرا رنگ بنفش با سرعت بیشتری مسافت را طی می کند، سرانجام چشم انسان رنگ را به روشی غیر خطی درک میکند.به عنوان مثال اگر یک لکه آبی روی دیوار به همراه لکه بنفش باشد، چشم ما نقطه آبی را روشن ترمیبیند. به عبارتی چشمان ما نسبت به نور آبی حساس تر است، اما اوضاع پیچیده تر از حد تصور خواهد بود.
انواع گیرنده های رنگ در چشم انسان
چشم ما سه گیرنده رنگ دارد:قرمز، سبز و آبی.
اما این گیرنده ها کاملا با یکدیگر هم پوشانی دارند. مغز ما سیگنال ها را بصورت غیر خطی با هم مخلوط میکند تا امکان دید فراهم شود. در نگاهی ساده قسمت های مساوی از رنگ قرمز، آبی و سبز به عنوان رنگ سفید درک میشوند، در حالیکه کمی رنگ قرمز به همراه کمی رنگ سبز به همراه رنگ بنفش به عنوان سفید مایل به آبی درک میشود.مغز ما طیف نشان داده را با یکدیگر مخلوط میکند تا رنگ آسمان آبی را نشان دهد.
