Proč je sníh bílý? Voda je přece průhledná.

Sníh má jinou barvu než voda, ze které vzniká. Voda je průhledná nebo (ve větší vrstvě) namodralá. Za barvu čerstvě napadlého sněhu může - jak jinak - fyzika. (délka blogu 3 min.)

Voda a sklo

Proč jsou vlastně některé materiály průhledné? Voda i sklo mají jedno společné, mají hladký povrch a homogenní strukturu. Vodní hladina sice může být větrem poškozena, takže se na ní vytvářejí vlny, když ale vítr ustane, bude hladina “jako sklo”.

To ale není jediný předpoklad pro to, aby byl materiál průhledný. Důležité je také to, jak reaguje světelný paprsek s molekulami, ze kterých se daný materiál skládá.

Průhledné a neprůhledné materiály

Pokud se dostane světelný paprsek do nitra materiálu, mohou se v podstatě stát dvě věci: paprsek projde kolem molekul materiálu bez povšimnutí, nebo je jimi absorbován.

Aby byla situace trochu pestřejší, skládá se světlo z fotonů s různými vlnovými délkami - vnímáme je jako barvy od červené přes žlutou a zelenou až po modrou a nafialovělou. Různé vlnové délky mohou reagovat s materiálem různým způsobem. Může se stát, že jsou některé z nich ignorovány a jiné oblíbené.

Materiál, kterým má světlo procházet, se dá zjednodušeně definovat jako celé sídliště, plné elektronových hotelů (elektronový hotel - viz předchozí blog o vodoměrce). V nejvyšších patrech těchto hotelů číhají znuděné elektrony. Jsou vděčné za jakékoliv rozptýlení.

Jistě si dovedete představit to vzrušení, když kolem jejich hotelu projede zmrzlinář (světelný paprsek), nabízející různé druhy zmrzlin (elektromagnetických vln) - zelenou pistáciovou, žlutou s mangem, červenou jahodovou nebo modrofialovou borůvkovou. Elektrony v hotelech mají své chutě a dávají zpravidla přednost jedné z nich. Může se pak stát, že vykoupí celou várku zmrzliny jednoho druhu. Zmrzlinář odjede už jen s částí svého sortimentu. Takové materiály jsou různě zbarvené - vždy takovou doplňkovou barvou, která se skládá z vlnových délek, které předtím elektronům nechutnaly.

Existují ale i jiné materiály, které mají velice nevybíravé - nebo hladové - elektrony. Těší se na jakoukoliv zmrzlinu. Pak se dokonce může stát, že vykoupí úplně všechny zásoby. Kde není už žádná zmrzlina, není ani žádné světlo, které by mohlo materiál opustit. Materiál je tedy - neprůhledný.

Případ vody a sněhu

Sníh sám o sobě  - je skutečně průhledný. Vždyť se skládá ze stejného materiálu jako voda. Jeho průhlednost ale nevnímáme u čerstvě napadlého sněhu právě z toho důvodu, že nesplňuje první požadavek - hladký a rovnoměrný povrch.

Sněhová hmota se skládá z malých vloček - o hladkém povrchu tedy nemůže být řeči.

Většina světla, dopadajícího na sníh, se rozptýlí na nesčetných sněhových vločkách na jeho povrchu, takže se do nitra materiálu ani nedostane. Paprsky, které předtím dopadaly na sníh zhruba ve stejném směru, míří po odrazu na hrubém materiálu různými směry.

Princip rozptylového odrazu by se dal přirovnat ke stolnímu tenisu, který se hraje na desce, na kterou někdo nasypal smetí. Odraz tenisového míčku se stane nevypočitatelným a hra je frustrující.

Proč má sníh bílou barvu?

Tím docházíme k poslední otázce. Proč mají sněžným povrchem frustrované sluneční paprsky zrovna bílou barvu? To je dáno tím, že i původní světlo, které k nám přichází od Slunce, má ve svém optickém součtu barvu, kterou naše oko vnímá jako bílou.

Bílé barvě sněhu navíc napomáhají jeho fyzikální vlastnosti.

Vzhledem k tomu, že je voda bezbarvá (a jen ve velkém množství rozeznáme její namodralou barvu), není důvod, proč by měl mít sníh jinou barvu než barvu světla, které na něj dopadá. Jinými slovy - elektrony v elektronových hotelech ve sněhu nemají rády absolutně žádnou zmrzlinu. Není divu - v takové zimě! Zmrzlinář (sluneční paprsek) tedy odjede s nepořízenou - a s celou širokou paletou barevných laskominek (vlnových délek).

Při dopadu na povrch sněhu nemají elektrony v jeho materiálu chuť na žádnou z dopadajících vlnových délek. Všechny tedy mohou být v klidu rozptýleny povrchem sněhu zpátky do vzduchu kde je vnímáme jako odražené světlo se stejnou barvou, jako mělo světlo dopadající… bílou.

Dodatečně - všem čtenářům krásný první advent!