Proč je nebe modré?

Řešení úlohy

Denní světlo je z barviček

Bílé světlo ze Slunce je směsí světel různých barev. Přesvědčit se o tom můžeme třeba při vzniku duhy, kdy se sluneční světlo rozkládá na jednotlivé barvy.

Každé barvě odpovídá určitý rozsah vlnových délek. Vlnovou délku si můžeme zjednodušeně představit třeba jako vzdálenost mezi dvěma sousedními vrcholy vlny.

Z viditelného světla má nejkratší vlnovou délku světlo fialové, po něm modré. Naopak nejdelší vlnovou délku má světlo červené.

Rozptyl pana Rayleigha

Když sluneční světlo prochází atmosférou, část světla se na molekulách vzduchu rozptyluje – mění směr a pokračuje různými směry.

Díky rozptylu vidíme světlou oblohu.

Ve vesmíru kolem Země je částic velmi málo, a proto se tam sluneční světlo téměř nemá na čem rozptylovat. I když svítí Slunce, obloha proto zůstává černá.

Různé barvy světla se ale v atmosféře nerozptylují stejně. Čím kratší má světlo vlnovou délku, tím silněji se rozptyluje. Tomuto rozptylu světla na částicích mnohem menších, než je jeho vlnová délka – například na molekulách vzduchu – říkáme Rayleighův rozptyl.

Modré a fialové světlo se tedy rozptylují mnohem více než například světlo červené. Když se díváme na oblohu, přichází proto do našich očí ze všech stran především světlo kratších vlnových délek.

A proto je nebe modré.

Počkat! Modré? Nemělo by být spíš fialové? Fialové světlo má přece ještě kratší vlnovou délku než modré…

Fialové nebe?

Fialové světlo se skutečně rozptyluje ještě silněji než modré. Jenže světla jednotlivých barev není ve slunečním světle stejné množství a část nejkratších vlnových délek navíc atmosféra pohltí. Především jsou však naše oči na fialové světlo mnohem méně citlivé než na modré.

Výslednou směs rozptýleného světla proto vnímáme především jako modrou oblohu.

A co červánky?

Při východu a západu Slunce se děje pořád totéž – světlo se v atmosféře rozptyluje. Tentokrát ale musí sluneční světlo projít atmosférou mnohem delší cestu, než když je Slunce vysoko nad obzorem.

Během této dlouhé cesty se z přímého slunečního světla postupně rozptýlí do stran hlavně fialové a modré světlo. Červené a oranžové světlo se rozptyluje méně, a proto ho v původním směru zůstane více.

Ke Slunci a k obloze v jeho okolí se tak při západu nebo východu díváme přes světlo, ze kterého už velká část modré složky „utekla“ rozptylem do jiných směrů. Převládne červená a oranžová; a vidíme červánky.

Prach, kouř, drobné kapénky a další částice v atmosféře mohou barvy červánků ještě výrazně změnit nebo zesílit, nejsou však jejich základní příčinou.