Zašto je nebo plavo jedno je od vrlo čestih pitanja. Kratki odgovor na to pitanje jest: zbog Zemljine atmosfere (i Sunčeve svjetlosti, naravno). Kad Zemlja ne bi imala atmosferu nebo bi bilo crno i za dana, kako je inače za noći. Ali krenimo redom kako bismo vidjeli zašto je tomu baš tako.
Boja neba
Nebo nam je za dana plavo, za noći crno. Ono što razlikuje dan i noć jest Sunčeva svjetlost, koje preko noći nema zato što smo tada na dijelu Zemlje okrenutom od Sunca. To nam već daje prvi trag o čemu bi mogla biti riječ – Sunčeva svjetlost utječe na boju neba. Idemo vidjeti kakva je Sunčeva svjetlost i što joj se sve događa na putu do nas.
Sunčeva svjetlost i boje
Sunce je bijelo, a takve su i Sunčeve zrake koje od Sunca moraju proputovati do nas čak (otprilike) 150 milijuna kilometara. Reći da je Sunce bijele boje možda je pomalo varljivo, jer bijela zapravo nije boja odnosno nije samo jedna boja. Sastavljena je od mnogo boja (to se stručnije može reći ovako: bijela je polikromatična boja sastavljena od kontinuiranoga niza boja). Evo što to zapravo znači.
Bijele se zrake svjetlosti uređajem poput prizme (ili površinom CD-a) mogu rastaviti u prekrasan spektar šarenih boja. Podsjeća li vas to na što? Ako ste rekli „Da, na dugu“, dobro ste odgovorili. Duga je pojava u kojoj se bjelkasta Sunčeva svjetlost putem kapljica kiše razlaže na šareni spektar boja.
Na svjetlost možemo gledati i kao na val, a da bismo razumjeli zašto je nebo plavo onda to i moramo učiniti. Dakle, općenito govoreći, svjetlost je val (formalnije rečeno: elektromagnetsko zračenje) neke određene valne duljine (ili frekvencije).
Valovi vidljive svjetlosti (a to je ona koju naše oko može zabilježiti te naš mozak pretvoriti u sliku) u rasponu su valnih duljina od otprilike 400 do 700 nanometara (1 nanometar je jedna milijardinka metra), a gledano u tom kontekstu, boja je samo val određene valne duljine. Primjerice, crvena svjetlost val je valne duljine između otprilike 625 i 740 nanometara, zelena između 500 i 565 nanometara, plava između 380 i 440 nanometara, a ljubičasta između 380 i 440 nanometara.
Za pitanje na koje ovdje odgovaramo važno je zapamtiti sljedeće:
- plava i ljubičasta svjetlost imaju najmanje valne duljine u usporedbi s ostalim vidljivim bojama svjetlosti,
- Sunce na svojemu putu do naših očiju prolazi kroz zrakoprazan prostor sve dok ne dođe do Zemljine atmosfere. A pri prolasku kroz nju događaju se zanimljivosti koje u konačnici našemu nebu daju plavu boju.
Zemljina atmosfera
Što je uopće Zemljina atmosfera? Ona je Zemljin omotač koji se sastoji od raznih plinova (i postoji zato što je Zemljina gravitacija dovoljno jaka da ih „veže“ uz sebe). Svi znamo da je jedan od tih plinova kisik, koji nam je neophodan za život. No mnogi se iznenade kada saznaju da većinski udio odlazi na dušik. Udio kisika u atmosferi je otprilike 21 %, a dušika čak 78 %. Međudjelovanje Sunčeve svjetlosti s molekulama dušika i kisika u atmosferi ono je što naše nebo čini plavim.
Plava boja neba zbog raspršenja Sunčevih zraka u atmosferi
Kada zrake Sunčeve svjetlosti uđu u atmosferu nakon što su nesmetano prolazile kroz zrakoprazan prostor, u njoj se počnu „sudarati“ s molekulama dušika i kisika. Dolazi do pojave koju zovemo raspršenje odnosno Rayleighovo raspršenje (prema lordu Rayleighyu koji je 1871. opisao ovu pojavu). Takvo se raspršenje događa kada je veličina čestice na kojoj se svjetlost raspršuje manja od valne duljine te svjetlosti (a to je zadovoljeno za molekule dušika i kisika u atmosferi, koje su mnogo manje od valne duljine vidljive Sunčeve svjetlosti).
Značajno za Rayleighovo raspršenje jest to da ono ovisi o valnoj duljini odnosno boji svjetlosti: najviše se raspršuje kratkovalna svjetlost, a najmanje dugovalna (i to, ako nekog slučajno zanima, s četvrtom potencijom valne duljine). Primjerice, tipična plava svjetlost raspršuje se otprilike 5 puta učinkovitije od crvene svjetlosti (pogledajte dijagram u nastavku).
Pri prolasku Sunčevih zraka kroz atmosferu najviše se raspršuju ljubičaste, a potom plave zrake. To se može zamisliti tako da iz bijele Sunčeve svjetlosti ljubičasta i plava boja „pobjegnu“ te se prerasporede, odnosno rasprše preko cijeloga neba i u konačnici doputuju do naših očiju stvarajući nam obojenu sliku neba. Međutim, ako se ljubičasta boja raspršuje više nego plava, zašto nebo onda nije ljubičasto nego je plavo?
Tomu su dva razloga. Prvo, ljubičaste boje u Sunčevu spektru ima manje nego plave. I drugo, ljudske oči osjetljivije su na plavu, nego na ljubičastu. Zbog toga nam u konačnici nebo izgleda plavo. A da atmosfere nema, ono bi bilo crno jer ne bi bilo molekula koje bi raspršivale Sunčevu svjetlost po nebeskome svodu.
A zašto je nebo crveno pri izlasku i zalasku Sunca?
Pri izlasku i zalasku Sunca Sunčeva svjetlost mora proći dulji put kroz atmosferu, nego kad je Sunce visoko na nebu, kako bi došla do naših očiju. Pri tome se ljubičasto i plavo zračenje raspršuje više puta u nasumičnim smjerovima te u konačnici ne dopire do naših očiju. A ako u tom sloju atmosfere postoji mnogo čestica prašine i smoga, raspršenje na njima doprinijet će još znatnijem crvenjenju stvarajući prekrasne zalaske Sunca.
Naslovna fotografija: privatni album
