چرا آسمان صاف در هنگام روز اغلب آبي ، ولي در نزديکي افق سفيد است؟
چرا خورشيد در حال غروب سرخ و آسمان درست در بالاي آن همچون پرده اي رنگارنگ است؟
چرا در شامگاه سايه اي منحني با حاشيه اي سرخ در آسمان شرق پديدار مي شود؟
چرا گاهي اندکي پس از غروب خورشيد لکه اي ارغواني در آسمان مغرب نمايان و سپس ناپديد مي شود؟
اين پرسشها مارا به بررسي چه چيزي فرا مي خوانند. بسياري از طرحواره هاي مشهور در آسمان صاف بيشتر شامل انتشار نور خورشيد از مواد موجود در هواست. از قبيل غبار ، افشانه ها ، بلورهاي يخ و قطرکها و طرحواره هاي ديگر مبتني بر جذب انتهاي سرخ طيف مريي بوسيله آب و اوزون در جو. هرگاه يک مه دود مصنوعي بوسيله يک باريکه نور سفيد روشن شود و از زاويه معين مورد ملاحظه قرار گيرد، مانند رنگ آسمان بسيار صاف ديده مي شود. آيا گاز خالص مانند هوا که عاري از همه درات باشد نمي تواند نور را منتشر کند و آن را به رنگهاي مختلف تجزيه خواهد کرد؟
? پديده انتشار
انتشار نور و تفکيک رنگها مربوط به خود مولکولهاي هواست، حتي در غياب ذرات خارجي هم آسماني آبي خواهيم داشت. طول موج نور از آبي به سبز ، زرد و سرخ افزايش مي يابد و طول موج مربوط به نور قرمز حدود 1.68 برابر طول موج نور آبي است. هر يک از اجزاي نور خورشيد در همه جهتها از مولکول منتشر مي شود، ولي شدت آن همسان نيست. درخشانترين انتشار در جهت روبرو (مانند اينکه نور يک راست از مولکول مي گذرد) و رو به پشت (بسوي خورشيد) است.
به نظر نيوتن رنگهاي ظاهري اجسام طبيعي بستگي به اين دارد که از آنها چه رنگي شديدتر منعکس يا بسوي بيننده پراکنده مي شود . بطور کلي ، شيوه ساده اي وجود ندارد که بر اساس ساختار سطح ترکيب شيميايي و مانند آنها پيش بيني کنيم که آن ماده چه رنگهايي را منعکس يا پراکنده مي کند. با اين همه ، علت آبي بودن رنگ آسمان را با استدلال ساده اي مي توان توضيح داد.
همانطور که تامس يانگ با آزمايش نشان داد، طول موجهاي گوناگون نور رنگهاي متفاوت دارند، طول موج نور را با واحد نانومتر يا با واحد آنگستروم مي سنجند. دامنه طيف قابل رؤيت براي آدمي nm 400 براي نور بنفش تا حدود nm 700 براي نور قرمز است. مانعهاي کوچک مي توانند انرژي يک موج فرودي را در همه جهتها پراکنده کنند و مقدار پراکندگي بستگي به طول موج دارد. به عنوان يک قاعده کلي ، هر چه طول موج در مقايسه با اندازه مانع بزرگتر باشد، موج بوسيله مانع کمتر پراکنده مي شود. براي ذراتي کوچکتر از يک طول موج ، مقدار پراکندگي نور با عکس توان چهارم طول موج تغيـــيــر مي کند. مثلاً ، طول موج نور قرمز در حدود دو برابر طول موج نور آبي است. بنابراين پراکندگي نور قرمز در حدود يک شانزدهم پراکندگي نور آبي است.
نوري که نسبت به مسير اوليه خورشيد در زاويه قايم منتشر شود، تنها نيمي از درخشندگي را خواهد داشت. همه رنگها به اين شيوه منتشر مي شوند. ولي شدت انتشار هر يک از اين رنگها در هر جهتي متفاوت است. شدت با عکس توان چهارم طول موج متناسب است. از اينرو نور موج کوتاه (مانند آبي) خيلي شديدتر از نور سرخ منتشر مي شود که طول موج بلندتري دارد. از آنجا که نسبت طول موج آنها 1.68 است، نسبت انتشار نور آبي 8 برابر درخشانتر از نور سرخ است.
? آسمان آبي
اکنون مي توانيد بفهميد که چرا رنگ آسمان آبي است. نور خورشيد بوسيله مولکولها و ذرات گرد و غبار موجود در آسمان ، که معمولاً در مقايسه با طول موجهاي نور مريي بسيار کوچکند، پراکنده مي شود. به اين ترتيب ، نور طول موجهاي کوتاه (نور آبي) بسيار شديدتر از نور طول موجهاي بلندتر بوسيله اين ذرات پراکنده مي شوند. وقتي که به آسمان صاف نگاه مي کنيم ، بيشتر اين نور پراکنده شده است که به چشم ما مي رسد. دامنه طول موجهاي کوتاه پراکنده شده (و حساسيت چشم آدمي به رنگ) منجر به احساس رنگ آبي مي شود.
کوتاهترين طول موجهاي طيف مريي بيشتر مطابق بنفش است تا آبي ، پس چرا آسمان بجاي آنکه بنفش باشد آبي است؟ نور خورشيد اوليه در رنگ بنفش تا حدي ضعيفتر از آبي آست و بنفش کمتر از آبي به ما مي رسد. دليل مهمتر اينکه چشم انسان نسبت به بنفش کمتر از آبي حساس است. اينکه مردم آبي بودن آسمان را بوجود بخار آب در جو نسبت بدهند، شايد به اين دليل باشد که اغلب توده هاي آب آبي رنگ است.
از دلايل آبي بودن دريا اين است که وقتي نور سفيد چند متر از ميان آب مي گذرد، مولکولهاي آب بخشي از انتهاي سرخ طيف را جذب مي کند و نوري که سرانجام به چشم بيننده منعکس مي شود بيشتر آبي شده است. و در آسمان آب کافي براي چنين جذبي وجود ندارد. لايه اوزون نيز نور سرخ را تضعيف مي کند، ولي نقش ناچيزي در آبي شدن آسمان دارد. از سوي ديگر ، فرض مي کنيم که در يک روز مه آلود به آسمان نگاه مي کنيم.
در اين صورت ، نور آبي باريکه اي که به چشم ما مي رسد بطور کامل پراکنده شده است، در حالي که طول موجهاي بلندتر پراکنده نشده اند. بنابراين، احساس مي کنيم که رنگ خورشيد متمايل به قرمز شده است. اگر آسمان جوي نداشت، آسمان سياه به نظر مي رسيد و ستارگان در روز ديده مي شدند. در واقع از ارتفاع Km 16 به بالا ، که در آنجا جو زمين بسيار رقيق مي شود، همان طوري که فضانوردان دريافته اند، آسمان سياه به نظر مي رسد و ستارگان در روز ديده مي شوند.
? تأثير شرايط جوي
گاهي هوا داراي ذرات گرد و غبار يا قطره هاي آبي به بزرگي طول موج نور مريي است. اگر چنين باشد، رنگهايي جز رنگ آبي ممکن است به شدت پراکنده شوند. مثلاً ، کيفيت رنگ آسمان با بخار آب موجود در جو زمين تغيير مي کند. روزهايي که هوا صاف و خشک است، آسمان آبي تر از روزهايي است که رطوبت هوا زياد است. آسمان نيلگون ايتاليا و يونان ، که قرنها الهام بخش شاعران و نقاشان بوده است، به سبب خشکي استثنايي هواي اين سرزمينهاست.
مه آبي ـ خاکستري رنگي که گاهي شهرهاي بزرگ را مي پوشاند بيشتر به سبب ذراتي است که از موتورهاي درون سوز (اتومبيلها ، کاميونها) و کارخانه هاي صنعتي منتشر شده اند. موتور اتومبيل ، حتي وقتي که در حالت خلاص کار مي کند، در هر ثانيه بيشتر از 100 ميليارد ذره منتشر مي کند. بيشتر اين ذرات نامريي هستند و اندازه آنها در حدود m 0/000001 است.
چنين ذره هايي کالبدي براي تجمع گازها ، مايعات و ذرات جامد ديـگــــــر مي شوند. اين ذره هاي بزرگتر سبب پراکندگي نور و تيرگي هوا مي شوند. گرانش بر اين ذره ها تا وقتي که بر اثر تجمع مواد بيشتر در اطراف آنها خيلي بزرگ نشده اند چندان تأثيري ندارد. اين ذرات اگر بر اثر باران و برف مکرر شسته نشوند ممکن است ماهها در جو زمين بمانند. تأثير چنين ابرهاي غبارآلودي بر آب و هوا و بر سلامتي آدمي بسيار مهم است.
? رنگ غروب
وقتي به آسمان روز نگاه مي کنيد نوري را مي بينيد که از لايه اوزون اندکي گذشته و جذب بوسيله آن ناچيز بوده است. در هنگام غروب وقتي شعاعهاي نور از ميان لايه اوزون مسيري مورب (و از اينرو طولانيتر) دارند تا يه ما برسند، جذب بوسيله اوزون اهميت پيدا مي کند، ولي در آن موقع نيز دليل آبي بودن آسمان ساز و کارهاي مربوط به پراکندگي (انتشار ريلي) مي باشد، که قبلا بيان شده.
همين تأثيرها رنگ کوههاي تيره را در يک روز آفتابي توضيح مي دهد. اگر کوهها زياد دور نباشند، تصويرشان آبي رنگ است. چون نور مسلط آبي بوسيله مولکولهاي ميان شما و کوهها منتشر مي شود، کوههاي تا حدي دور هم باز آبي است. ولي کوههايي که در فاصله دوري قرار دارند سفيد هستند، درست همانگونه که افق سفيد ديده مي شود. نور خور شيد در حال غروب در واقع نارنجي رنگ است (بين سرخ و زرد)، در حالي که اگر در مسيرشان بسوي ما تنها از ميان مولکولهاي هوان مي گذشت، رنگش سرخ بود. دليل اينکه رنگ آن سرخ يک دست نيست، اين است که نور نه تنها از ميان مولکولها ، بلکه از ميان ذرات ريز و افشانکهاي جو هم منتشر مي شود.
در هر موقع از روز وقتي در جهت خورشيد نگاه کنيد، بخشي از نور درخشان آن را دريافت مي کنيد که از ميان همان ذرات ريز و افشانکها منتشر مي شود و از اينرو آن بخش از آسمان روشنتر از آن است که در غياب ذرات مي توانست باشد. وقتي خورشيد در بالاي آسمان روشنتر از آن است که در غياب ذرت مي توانست باشد. وقتي خورشيد در بالاي آسمان است، اطرافش سفيد روشن است. ولي وقتي پايينتر قرار دارد، هر چه غلظت ذرات بيشتر باشد، اطراف خورشيد در حال غروب درخشانتر و محيط آن مشخصتر است.
در جريان غروب آفتاب در هواي صاف ، سمت الرأس (آسمان درست در بالاي سر) آبي تر از هنگام روز مي شود. با توجه به اين که افق نزديک خوشيد ممکن است سرخ باشد، اين افزايش رنگ آبي عجيب به نظر مي رسد. براي اين آبي بودن چندين توضيح داده شده که محتملترين آنها مربوط به لايه اوزون است. وقتي هنگام غروب نور خورشيد مسير اريب تري را از ميان لايه طي مي کند، جذب انتهاي سرخ طيف بوسبله اوزون ، موجب تسلط انتهاي آبي بر بامه نور مي شود. برخلاف انتشار ريلي که بامه در طي مسير با آن روبرو مي شود.
? آسمان پس از غروب
درست پس از غروب خورشيد ، سايه زمين از افق خاور بالا مي شايد. مرز سايه ، سرخ يا ارغواني است. رنگ آن بستگي به نوري دارد که بر اثر انتشار ريلي در مسير طولاني اش از لايه هاي پايين جو سرخ شده است. در نزديکي جايي که لبه بالايي سايه را مي بينيد بخشي از نور در معرض انتشار ريلي قرار دارد و بسوي ما مي آيد. وقتي نور را دريافت ميکنيد، رنگ سرخ را در لبه بالا مشاهده مي کنيد. بخش بالايي سايه زير لبه ممکن است آبي کم رنگ باشد.
به احتمالي بامه آبي ناشي ار نور خورشيد است که از ميان بخش بالايي و کم چگالتر جو مي گذرد، از آنجايي که جزء آبي بامه ، به اندازه اي تضعيف نمي شود که در عبور از بخشهاي پايين جو امکان آن وجود دارد، زيرا با مولکولهاي هواي بيشتري درگير بوده است. نزديک به 10 دقيقه پس از آنکه خورشيد غرو ب مي کند، گه گاه لکه اي ارغواني بر فراز آن در جايي ميان 30 و 75 درجه از سمت الرأس پديد مي آيد. اين لکه که اغلب نور ارغواني ناميده مي شود، به ظاهر ناشي از وجود لايه اي از ذرات در ارتفاع 16 تا 20 کيلومتري و در بخش زيرين لايه اوزون است.
اين ذرات ممکن است غبار بيابان يا ذرات خاکستر يک فوران آتشفشان يا آتش سوزي بزرگي در جنگل باشد. لکه ارغواني حاصل نور بسيار سرخ و بسيار آبي است که از ناحيه هاي مختلف آسمان منتشر مي شود. اجزاي سرخ از نور خوشيد در حاشيه زمين است و از جو زمين مي گذرد که انتشار ريلي نور را سرخ مي کند. بخشي از اين نور از لايه ذرات عبور کرده و به همين خاطر نور خيلي سرخ دريافت مي شود. اجزاي آبي از نور خورشيدي مي رسد که از بخشهاي فوقاني جو مي تابد و از اينرو به آن اندازه سرخ نشده است.
بخشي از نور در معرض انتشار ريلي قرار مي گيرد و نور آبي بسوي شما فرستاده مي شود. وقتي به مسير نگاه مي کنيد، هر دو اجزاي نور سرخ و آبي در مسير خط ديد شما حرکت مي کنند و ترکيبشان احساس نور ارغواني را پديد مي آورد. دليل اينکه بخشهاي ديگر آسمان ارغواني نيست، اين است که بجاي رنگ سرخ و آبي تنها ترکيبهاي متفاوتي از ته رنگها را دريافت مي کنيم. وقتي بسوي آنها نگاه مي کنيم، ممکن است بسته به زاويه ديدمان اقسام ته رنگها را داشته باشند.
نور ارغواني ديگر ولي نادر که در حوالي همان بخش نور اولي در آسمان ظاهر مي شود، اما يک و نيم تا دو ساعت پس از غروب آفتاب اتفاق مي افتد. احتمال مي رود اين نور نيز بوسيله همان لايه ذراتي بوجود مي آيد که نور ارغواني اولي پديد آمد. اگر لايه گسترده باشد، بخشي از نور که از لايه زير افق منتشر مي شود ، ممکن است دوباره از لايه مريي منتشر شود. نور توليد شده بخوبي درخشان است و در آن صورت يک لکه ارغواني کمرنگ ديده مي شود.
منبع:http://javanemrooz.com
ارسال توسط کاربر محترم سايت : mm0913