Af hverju er himinninn blár?

Sæl öll

Ég hef ákveðið að koma með smá fróðleik einu sinni í viku. Þetta er mitt framlag til baráttunar gegn fáfræði í heiminum. Sjálfur þarf ég að læra meira og er þetta góð leið fyrir mig að læra. Viðfangsefni dagsins er af hverju er himinninn blár? Ég gat svarað þessu fyrir 10 árum en ekki eins fræðilegt og það er hér fyrir neðan.

Ljósið sem berst til okkar frá himninum er upphaflega hvítt sólarljós sem hefur síðan dreifst frá sameindum lofthjúpsins. Bláa ljósið, sem er hluti hvíta ljóssins, dreifist miklu meira en annað og því er himinninn blár.
Samkvæmt nútíma eðlisfræði má líta á ljósgeisla sem straum ljóseinda. Hver þeirra hefur sína öldulengd og sveiflutíðni sem við skynjum sem lit. Hvítt ljós er samsett úr öllum litunum, sem við getum skilið að með ýmsum hætti, samanber regnbogann. Sýnilega litrófsbilið spannar regnbogalitina frá fjólubláu eða bláu með stysta öldulengd yfir í rautt sem hefur lengsta öldulengd.

Ljóseindir sem falla á sameindir lofthjúpsins geta dreifst frá þeim í ýmsar áttir vegna víxlverkunar við rafeindaský sem er í hverri sameind. Rafeindirnar geisla ljósinu aftur út í ýmsar áttir með sömu tíðni. Þetta fyrirbæri, sem nefnist Rayleigh-ljósdreifing (e. Rayleigh scattering), er sterklega háð öldulengd ljóssins og er um það bil 10 sinnum virkara í bláa enda sýnilega litrófssviðsins en þeim rauða. Líkur fyrir því að ljóseind breyti um stefnu við "árekstur" við sameind eru með öðrum orðum 10 sinnum meiri fyrir bláa ljóseind en rauða. Þetta er ástæðan fyrir bláa litnum á himninum. Án Rayleigh-dreifingar væri skýlaus himinn svartur ásýndar og sumarnóttin hér á landi myrk.

Þegar við horfum til himins skynjum við ljós sem dreifst hefur af sameindum í lofthjúpnum, breytt um stefnu og lent á augum okkar. Bláar ljóseindir yfirgnæfa þær rauðu í stefnubreyttu geislunum, svo við skynjum bláan lit.

Með þessu getum við líka skýrt kvöldroðann. Þegar sól er lágt á lofti fara geislar hennar lengri vegalengd í lofthjúpnum en gerist á miðjum degi með meiri sólarhæð. Rayleigh-dreifingin beinir bláa litnum annað í enn ríkari mæli en venjulega, svo að rauði liturinn verður meira ríkjandi í þeim geislum sem koma frá sólu.

Ari Ólafsson. „Af hverju er himinninn blár?“. Vísindavefurinn 28.4.2000. http://visindavefur.is/?id=384. (Skoðað 10.9.2008).