Proč je někdy obloha sytě modrá a jindy bělavá?
Nebe je modré. Fakt, nad kterým se dnes asi nikdo nepozastaví. Proč tomu tak ale vlastně je? A proč je někdy modrá sytější a jindy získává nebe spíš bělavý nebo červený nádech?
Obr. 1: Modř na obloze je tím sytější, čím méně kapalných a pevných příměsí atmosféra obsahuje
Rozluštit příčinu modré barvy oblohy trvalo vědcům hodně dlouho. Až ve druhé polovině 19. století k tomu výrazným způsobem přispěl fyzik s poněkud složitějším jménem i titulem: John William Strutt, 3. baron Rayleigh. Jeho teorii dovedl k dokonalosti ruský fyzik Leonid Mandelštam na začátku 20. století. A jak to tedy je? Může za to rozptyl slunečních paprsků na molekulách plynných složek atmosféry. Ten je závislý na vlnové délce barevných složek, ze kterých se skládá viditelné světlo, které se nám jeví jako bílé. Kratší vlnové délky (a tu má právě modrá barva) se rozptylují výrazně intenzivněji než delší vlnové délky (zelené až červené barvy, viz obr. 2). Jev se označuje jako tzv. Rayleighův rozptyl – podle něj je intenzita rozptylu světla na částicích menších než vlnová délka světla nepřímo úměrná čtvrté mocnině této vlnové délky. Dodejme, že molekuly vzduchu jsou menší než vlnová délka viditelného světla.
Nabízí se ale otázka, proč není obloha fialová, vždyť fialová barva má ještě kratší vlnovou délku než modrá (kolem 400 nanometrů) a měla by se tak přece měla rozptylovat nejintenzivněji. To je sice pravda, jenže ve fialové části viditelného spektra přichází na zem podstatně méně energie než v části modré. Dále i lidské oko je citlivější na modrou než fialovou barvu. A konečně, s ohledem na polohu fialové barvy na okraji viditelného spektra, je během svého průchodu atmosférou k zemi pohlcována víc než modrá složka.
Obr. 2: Jak se rozptylují jednotlivé barevné složky slunečního světla v atmosféře – největší měrou modrá a fialová (které je ale menší množství), díky čemuž je obloha modrá, zdroj: youtube.com
Jak ale vznikají další barvy, kterých obloha někdy nabývá? Pokud se v atmosféře vyskytují částice s rozměry srovnatelnými nebo většími, než je vlnová délka, tzv. Rayleighův rozptyl už nefunguje, ale nastupuje tzv. Mieův rozptyl – podle něj se světlo rozptyluje pro všechny vlnové délky stejně. Výsledkem je tak bílá barva světla. To nastává například při výskytu mikroskopických kapiček vody – proto se nám oblaky a mlhy jeví bíle, samozřejmě pokud nevytváří vlastní stín. Rovněž při obsahu pevných částic (například prachových) dochází k tomuto typu rozptylu. Čím víc je pevných či kapalných částic v atmosféře, tím intenzivnější Mieův rozptyl světla na nich je a tím bělavějšího zbarvení obloha nabývá.
Obr. 3: Při západu (nebo východu) slunce urazí paprsky v atmosféře delší dráhu a proto se nám obloha jeví jako oranžovočervená
A červená barva při západu, respektive východu slunce? V tomto případě hraje roli delší dráha paprsků k zemi, na které je část viditelného spektra s kratšími vlnovými délkami (tj. modrá a fialová) zeslabována (a tedy pohlcována) více než barva oranžová až červená (o delších vlnových délkách). Čím více prachu a hlavně vodní páry v ovzduší je, tím víc červenější odstíny ve večerních hodinách vynikají.
Obr. 1: Modř na obloze je tím sytější, čím méně kapalných a pevných příměsí atmosféra obsahuje
Rozluštit příčinu modré barvy oblohy trvalo vědcům hodně dlouho. Až ve druhé polovině 19. století k tomu výrazným způsobem přispěl fyzik s poněkud složitějším jménem i titulem: John William Strutt, 3. baron Rayleigh. Jeho teorii dovedl k dokonalosti ruský fyzik Leonid Mandelštam na začátku 20. století. A jak to tedy je? Může za to rozptyl slunečních paprsků na molekulách plynných složek atmosféry. Ten je závislý na vlnové délce barevných složek, ze kterých se skládá viditelné světlo, které se nám jeví jako bílé. Kratší vlnové délky (a tu má právě modrá barva) se rozptylují výrazně intenzivněji než delší vlnové délky (zelené až červené barvy, viz obr. 2). Jev se označuje jako tzv. Rayleighův rozptyl – podle něj je intenzita rozptylu světla na částicích menších než vlnová délka světla nepřímo úměrná čtvrté mocnině této vlnové délky. Dodejme, že molekuly vzduchu jsou menší než vlnová délka viditelného světla.
Nabízí se ale otázka, proč není obloha fialová, vždyť fialová barva má ještě kratší vlnovou délku než modrá (kolem 400 nanometrů) a měla by se tak přece měla rozptylovat nejintenzivněji. To je sice pravda, jenže ve fialové části viditelného spektra přichází na zem podstatně méně energie než v části modré. Dále i lidské oko je citlivější na modrou než fialovou barvu. A konečně, s ohledem na polohu fialové barvy na okraji viditelného spektra, je během svého průchodu atmosférou k zemi pohlcována víc než modrá složka.
Obr. 2: Jak se rozptylují jednotlivé barevné složky slunečního světla v atmosféře – největší měrou modrá a fialová (které je ale menší množství), díky čemuž je obloha modrá, zdroj: youtube.com
Jak ale vznikají další barvy, kterých obloha někdy nabývá? Pokud se v atmosféře vyskytují částice s rozměry srovnatelnými nebo většími, než je vlnová délka, tzv. Rayleighův rozptyl už nefunguje, ale nastupuje tzv. Mieův rozptyl – podle něj se světlo rozptyluje pro všechny vlnové délky stejně. Výsledkem je tak bílá barva světla. To nastává například při výskytu mikroskopických kapiček vody – proto se nám oblaky a mlhy jeví bíle, samozřejmě pokud nevytváří vlastní stín. Rovněž při obsahu pevných částic (například prachových) dochází k tomuto typu rozptylu. Čím víc je pevných či kapalných částic v atmosféře, tím intenzivnější Mieův rozptyl světla na nich je a tím bělavějšího zbarvení obloha nabývá.
Obr. 3: Při západu (nebo východu) slunce urazí paprsky v atmosféře delší dráhu a proto se nám obloha jeví jako oranžovočervená
A červená barva při západu, respektive východu slunce? V tomto případě hraje roli delší dráha paprsků k zemi, na které je část viditelného spektra s kratšími vlnovými délkami (tj. modrá a fialová) zeslabována (a tedy pohlcována) více než barva oranžová až červená (o delších vlnových délkách). Čím více prachu a hlavně vodní páry v ovzduší je, tím víc červenější odstíny ve večerních hodinách vynikají.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
