Gökyüzü Neden Mavidir?

Gökyüzünün neden mavi olduğunu hiç düşündünüz mü?

Güneşten gelen ışık, yeryüzüne ulaşmak için aerosol, toz, pus, bulutlar vb. gibi maddelerden geçmek zorundadır. Fakat ışığın bir kısmı bunu yapmaz. Bu maddelerden geçen ışık dolaylı olarak yeryüzüne ulaşır. Işık – ya da daha doğrusu ışığın bir kısmı – atmosferdeki “maddeler” tarafından saçılır.

Görünür ışık, tam spektrumda oldukça dar bir dalga boyu aralığında (1 nanometre bir metrenin 1 milyarda biri olduğu kabaca 390-700 nanometre) elektromanyetik bir dalgadır. Bu elektromanyetik spektrum , radyonun çok uzun dalga boylarından gama ışınlarının son derece kısa dalga boylarına kadar uzanır.

Spektrumun görünür kısmında kırmızı ışık maviden daha uzun bir dalga boyuna sahiptir – 650 nm’ye karşı 450 nm.

Işık atmosfere saçıldığında, saçılma miktarı ve saçılma açısı, saçıcının dalga boyuna ve boyutuna bağlıdır.

Saçıcının boyutu, saçılan ışığın dalga boyuna kıyasla önemliyse, saçıcının şekli de önemli hale gelir.

Moleküller, görünür ışığın dalga boyundan yaklaşık 1000 kat daha küçük olan en küçük saçıcılardır. Atmosferin %78’ini oluşturan nitrojen gazı (N 2 ) gibi bu moleküller için, saçılmanın dalga boyuna bağımlılığı, dalga boyunun ters dördüncü kuvveti olarak gider.

Yani, maviyi kırmızıya kıyasla, dalga boyu oranını (650/450) alırız ve mavinin kırmızıdan ne kadar daha fazla dağılacağını (görünen o ki 4.3 kat) hesaplamak için bunu dördüncü güce yükseltiriz.

Güneşten uzaklaşırsanız, güneşten dünya atmosferi boyunca (ama doğrudan size doğru olmayan) seyahat eden mavi ışık moleküller tarafından gözünüze doğru saçılır.

Böylece gökyüzü mavi görünür çünkü moleküllerden saçılma mavi ışık için kırmızıdan çok daha olasıdır.

Herhangi bir yönden o kadar çok mavi ışık var ki, yine de orada olan yıldızlardan gelen ışığa tamamen hükmediyor.

Uzaya yeterince yaklaşırsanız, gökyüzü siyahtır (aşağıdaki resme bakın). Bunun nedeni, orada güneş ışığını gözünüze dağıtacak önemli bir şey olmamasıdır.

Tersine, temiz bir atmosferden (yani toz veya duman olmayan) güneşe doğru bakarsanız, mavi ışığın önemli bir miktarı görüş hattından uzağa saçılır ve bu da güneşe sarımsı bir renk verme eğilimi gösterir.

Bu tür saçılma – saçıcı ışığın dalga boyundan çok daha küçük olduğunda – 19. yüzyıl İngiliz fizikçi Lord Rayleigh’den dolayı genellikle “Rayleigh saçılması” olarak adlandırılır.

Gün batımına yakın, güneş ışığının atmosferden size ulaştığı yol özellikle uzundur. Bu durumda, o kadar çok mavi ışık kaybolur ki (yani dağılır), güneş turuncu hatta kırmızı görünür (aşağıdaki resme bakın).

Bulutları oluşturan su damlacıkları ve buz kristalleri, görünür ışığın dalga boyuna kıyasla (en az 20 kat daha büyük) oldukça büyüktür. Bu durumda ışığın saçılması güçlüdür ve en azından görünür aralıkta dalga boyundan neredeyse bağımsızdır.

Görünür ışığın neredeyse tüm dalga boyları saçıldığından, bulutlar beyaz veya diğer bulutların gölgesindeyse nötr grinin çeşitli tonları görünür.

Orta büyüklükteki parçacıklar için saçılmanın dalga boyu bağımlılığını göz önünde bulundurursanız, dar bir dalga boyu aralığı için bağımlılığın biraz tersine döndüğünü görürsünüz. Yani, görünür spektrum kadar geniş olabilen bu aralıkta, daha uzun dalga boyları için saçılma daha zayıf yerine daha güçlüdür .

Görünür spektrumda bunun gerçekleşmesi için parçacıkların boyutunun doğru olması mümkündür. Bu durumda, havada asılı kalan bu parçacıklarla birlikte geçen güneş ışığı, güneşi (veya ayı) mavimsi bir görünüme kavuşturan kırmızı bir ışığa sahiptir .

Bu nadirdir, ancak zaman zaman yanardağlar veya orman yangınları atmosferi tam doğru boyutta parçacıklarla doldurduğunda meydana gelmiştir.

Dünya’nın aksine, Mars atmosferi oldukça tozludur ve orada gökyüzü turuncu, bazen mavi gün batımları olma eğilimindedir. Bunun nedeni, toz parçacıklarının atmosferi oluşturan karbondioksit moleküllerinden çok daha büyük olmasıdır.

Mars’ta atmosferin çok ince olması, tozdan saçılmanın Dünya’da olduğundan daha önemli olduğu anlamına geliyor.

Bu yüzden bir dahaki sefere çimenlerin üzerine uzanmış, muhteşem mavi gökyüzünde süzülen beyaz bulutlara bakarken, gördüklerinizden sorumlu olan fiziği düşünmek için biraz zaman ayırın.

(Bu makale theconversation.com’da Miriam Frankel tarafından hazırlanmıştır.)