Proč je nebe modré?
Už v roce 1810 tvrdil Goethe (který se zabýval kromě jiného také systematikou barev), že by barva naší oblohy mohla mít něco společného s dopadajícím světlem. Správné fyzikální vysvětlení ovšem nabídl lord John William Rayleigh o 61 let později.
Sluneční světlo, které vnímáme jako bílé, obsahuje ve skutečnosti všechny barvy duhy. Každý jistě ví, že se dá světlo rozložit na jednotlivé komponenty pomocí skleněného hranolu. Tomuto barevnému pásu, obsahujícímu všechny známé barvy, se říká spektrum.
Různé zdroje – různá spektra
Tento oblíbený a jednoduchý pokus odhaluje, čím se liší různé zdroje světla v našem okolí. Denní, sluneční světlo se skládá ze všech barev duhy. Pokud rozložíte světlo rtuťové výbojky, uvidíte fialovo-modré, zelené a žluté světlo (viz obrázek dole).
Sodíkové výbojky vyzařují světlo převážně žluté, oranžové a červené. Kadmiové zdroje naopak žluté světlo „neumí“. V jejich spektru se nachází modré a červené komponenty.
Jen pro zajímavost – není spektrum jako spektrum
Spektrum v sobě nese množství zajímavých informací. Dá se díky němu určit nejen povaha zdroje, ale také chemické složení plynu, kterým světlo procházelo při cestě k pozorovateli. Další obrázek ukazuje různé druhy spekter. Horní část je věnována slunečnímu světlu. Slunce vyzařuje různé vlnové délky (barvy) ve spojitém spektru, které vypadá jako barevný pás.
Prostřední část ukazuje vyzařování určitého plynu nebo směsi plynů. Spektrum se omezuje na jednotlivé barvy, které jsou typické pro vyzařující prvek (plyn).
Ve spodní části vidíte spektrum, které je naopak výsledkem pohlcování určitých vlnových délek plynem.
Situace na naší obloze
Při dopadu bílého slunečního světla do naší atmosféry, nastává situace, která se nejvíce podobá situaci ve spodní části obrázku. Z určitého zdroje (Slunce) je vysíláno světlo, které prochází plynem (atmosférou). Na obrázku molekuly plynu pohlcují určité vlnové délky, takže ve spektru zůstávají prázdná místa. Atmosféra kromě toho může světlo navíc ještě i rozptylovat – a to je právě důvod, proč je naše bezoblačné nebe krásně modré.
Rozptylje fyzikální jev, který se dá popsat následovně: kvanta dopadajícího světla mají různou energii, v závislosti na vlnové délce světla. Když dopadnou na molekulu plynu, předají této molekule svou energii, takže molekula začíná vibrovat. Molekula se pak přebytečné energie zbavuje tím, že energii opět vyzáří ve formě fotonu. Přitom má vyzářený foton stejnou vlnovou délku, jakou mělo původní světlo – nemá ale nutně stejný směr. |
Modré části spojitého, viditelného slunečního spektra mají nejkratší vlnovou délku, červené části spektra mají vlnovou délku nejdelší. Rozptyl světla na molekulách vzduchu je závislý právě na této vlnové délce světla. Na začátku našeho povídání zmíněný John W. Rayleigh vypočetl, že je rozptyl nepřímo úměrný čtvrté mocnině vlnové délky. Modré světlo se tedy v naší atmosféře rozptyluje více než červené.
Směr, kterým je nové (rozptýlené) světelné kvantum vyzářeno, je víceméně náhodný. Nejčastěji bývá ovšem toto kvantum vyzářeno směrem k Zemi nebo zpět do vesmíru. Ta část světla, která je molekulami vzduchu vyzářena směrem k Zemi, způsobuje, že se nám zdá nebe modré. Ta část, která je vyzářena opačným směrem, způsobuje, že je Země z vesmíru vnímána jako „modrá planeta“.
Když světlo konečně prošlo celou naší atmosférou, je prakticky veškerá modrá frakce rozptýlena, zatímco ostatní vlnové délky prošly atmosférou bez problémů. Proto se nám Slunce jeví z povrchu Země jako žlutá (při západu Slunce dokonce červená) koule. Čím výše stoupáme nad zemský povrch (například během letu letadlem), tím bělejší a zářivější nám Slunce připadá. Ve velkých výškách totiž sluneční paprsky nemusely projít silnou vrstvou atmosféry a neměly proto čas, „ztratit“ svou modrou frakci.
Vodní pára v atmosféře mění barevný tón nebe
Jistě jste si všimli, že je nebe někdy temně modré a někdy spíše mléčně modré. Na vině jsou maličké částečky, kapičky vody. Protože jsou na rozdíl od molekul vzduchu větší než je vlnová délka viditelného světla, reagují s kapičkami vody paprsky světla jinak než s molekulami vzduchu. Na nepatrných molekulách vzduchu se světelné paprsky rozptylují, zatímco jim předávají svou energii, kterou pak molekuly znovu vyzařují. U částeček, které jsou daleko větší než vlnová délka světla, se světlo může odrážet od jejich povrchu.
Tento odraz už není (jako je tomu u rozptylu) závislý na vlnové délce světla, takže se všechny zúčastněné vlnové délky odrážejí stejně. Podobně je tomu se směrem záření. Světlo se od částice odráží všemi směry, žádný z nich není upřednostněn (na rozdíl od situace, která nastává při rozptylu modré frakce na molekulách vzduchu).
Protože je odráženo světlo všech vlnových délek, je výsledná barva bílá – a ta se mísí s nebeskou modří. Nebe, které pozorujeme v době, kdy v atmosféře není moc vodních par, je tedy modřejší, zatímco nebe s velkým podílem rozptýlené vodní páry je spíše mléčně modré.
Extrémním případem jsou pak mraky. Lehké obláčky, nezbarvené přítomností cizorodých částic (prachu) se nám zdají úplně bílé, i když jsou tvořeny bezbarvými kapičkami obyčejné vody.
Dana Tenzler
Hackmanit - jedinečný drahokam … a dozimetr
Hackmanit je příbuzný minerálu, která se jmenuje sodalit. Na rozdíl od něj má ale jednu zajímavou vlastnost - na světle mění svou barvu. Čím je to způsobeno?
Dana Tenzler
Meteorit 2024 BX1 byl už nejspíš nalezen
Nedávno byl oznámen nález předpokládaných zbytků meteoritu 2024 BX1. Ten zazářil jako jasný bolid na noční obloze v noci z minulé soboty na neděli. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Meteorit 2024 BX1 zatím nebyl nalezen
V noci z 20. na 21. ledna se v Braniborsku objevil na nebi objekt, který zazářil jako nezvykle jasný bolid. Byl vidět z Lipska ale také z Prahy. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Proč mají výstražná světla modrou barvu?
Proč byla pro výstražný signál v silničním provozu zvolena modrá barva? Na vině je (a vás to nepřekvapí) ... fyzika (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Jak pokračuje mise Artemis - návrat na Měsíc
I když od prvního výletu lidské posádky na Měsíc uplynulo už 55 roků, zůstaly podobné projekty obrovskou výzvou. Jak pokračuje mise Artemis? (délka blogu 5 min.)
Další články autora |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů
Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...
Rusové hlásí průlom fronty. Ukrajinská minela jim přihrála klíčové město
Premium Jako „den průlomů“ oslavují ruští vojenští blogeři pondělní události na doněcké frontě, kde se...
Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let
Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...
NATO by Rusy porazilo, Putin má jedinou naději, řekl polský ministr zahraničí
Rusko by se mělo bát Severoatlantické aliance, protože ho v případě střetu s ní čeká „nevyhnutelná...
Dvacet let dotací z EU. Přinesly zločiny, ale i vlaky, techniku a splavné řeky
Premium Lázně, které nevznikly a je z nich night club nebo zdvihací most, který se nikdy nezdvihl. Česko...
Rus má imperialistické myšlenky. Ukrajinou nekončí, říká velitel v Donbasu
Premium Doněcká oblast (od zpravodajů iDNES.cz) Vymlácená okna, ale i celé domy srovnané se zemí. Tak vypadá Doněck a celý průmyslový Donbas....
Zelenskyj odvolal šéfa kybernetické špionáže kvůli skandálu s bytem manželky
Ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj odvolal šéfa kybernetického oddělení tajné služby SBU...
V Břeclavi na chlapce spadla branka, na následky zranění zemřel
V Břeclavi ve středu v podvečer po úrazu na hřišti zemřel dvanáctiletý chlapec. Policie okolnosti...
- Počet článků 971
- Celková karma 19,83
- Průměrná čtenost 1327x