لماذا السماء زرقاء بسبب... لماذا السماء زرقاء للأطفال؟ لماذا السماء ليست أرجوانية؟

على الرغم من التقدم العلمي والوصول المجاني إلى العديد من مصادر المعلومات، فمن النادر أن يتمكن الشخص من الإجابة بشكل صحيح على سؤال لماذا السماء زرقاء.

لماذا السماء زرقاء أو زرقاء خلال النهار؟

ويتكون الضوء الأبيض - وهو ما تبعثه الشمس - من سبعة أجزاء من طيف الألوان: الأحمر، والبرتقالي، والأصفر، والأخضر، والأزرق، والنيلي، والبنفسجي. القافية الصغيرة المعروفة في المدرسة - "كل صياد يريد أن يعرف أين يجلس الدراج" - تحدد بدقة ألوان هذا الطيف من خلال الأحرف الأولى من كل كلمة. كل لون له طوله الموجي للضوء: الأحمر هو الأطول، والبنفسجي هو الأقصر.

تتكون السماء (الغلاف الجوي) المألوفة لدينا من جزيئات دقيقة صلبة وقطرات صغيرة من جزيئات الماء والغاز. لفترة طويلة، كانت هناك العديد من الافتراضات الخاطئة التي تحاول تفسير سبب لون السماء باللون الأزرق:

• الغلاف الجوي، الذي يتكون من جزيئات صغيرة من الماء وجزيئات الغازات المختلفة، يسمح لأشعة الطيف الأزرق بالمرور بشكل جيد ولا يسمح لأشعة الطيف الأحمر بلمس الأرض؛
• الجسيمات الصلبة الصغيرة - مثل الغبار - العالقة في الهواء هي الأقل تبعثرًا للأطوال الموجية الزرقاء والبنفسجية، ولهذا السبب فإنها تتمكن من الوصول إلى سطح الأرض، على عكس ألوان الطيف الأخرى.

وقد أيد العديد من العلماء المشهورين هذه الفرضيات، لكن الأبحاث التي أجراها عالم الفيزياء الإنجليزي جون رايلي أظهرت أن الجسيمات الصلبة ليست السبب الرئيسي لتشتت الضوء. إن جزيئات الغازات الموجودة في الغلاف الجوي هي التي تفصل الضوء إلى مكونات ملونة. شعاع أبيض من ضوء الشمس، يصطدم بجسيم غازي في السماء، وينثر (ينثر) في اتجاهات مختلفة.

وعندما يصطدم بجزيء غاز، فإن كل مكون من مكونات اللون السبعة للضوء الأبيض يتناثر. وفي الوقت نفسه، فإن الضوء ذو الموجات الأطول (المكون الأحمر من الطيف، والذي يتضمن أيضًا البرتقالي والأصفر) يتشتت بشكل أقل من الضوء ذو الموجات القصيرة (المكون الأزرق من الطيف). ولهذا السبب، بعد التشتت، تبقى ألوان الطيف الأزرق في الهواء أكثر بثمانية أضعاف من الألوان الحمراء.

على الرغم من أن اللون البنفسجي لديه أقصر طول موجي، إلا أن السماء لا تزال تبدو زرقاء بسبب خليط الموجات البنفسجي والأخضر. بالإضافة إلى ذلك، ترى أعيننا اللون الأزرق بشكل أفضل من اللون البنفسجي، بالنظر إلى نفس السطوع لكليهما. هذه الحقائق هي التي تحدد نظام ألوان السماء: الغلاف الجوي مليء حرفيًا بأشعة اللون الأزرق والأزرق.

لماذا إذن يكون لون غروب الشمس أحمر؟

ومع ذلك، السماء ليست دائما زرقاء. السؤال الذي يطرح نفسه بطبيعة الحال: إذا كنا نرى السماء زرقاء طوال اليوم، فلماذا يكون غروب الشمس أحمر؟ لقد اكتشفنا أعلاه أن اللون الأحمر هو الأقل تناثرًا بواسطة جزيئات الغاز. أثناء غروب الشمس، تقترب الشمس من الأفق ويتجه شعاع الشمس نحو سطح الأرض ليس بشكل عمودي، كما هو الحال في النهار، ولكن بزاوية.

ولذلك فإن المسار الذي يسلكه عبر الغلاف الجوي أطول بكثير مما يقطعه خلال النهار عندما تكون الشمس مرتفعة. ولهذا السبب، يتم امتصاص الطيف الأزرق والأزرق في طبقة سميكة من الغلاف الجوي، ولا يصل إلى الأرض. وتصل موجات الضوء الأطول من الطيف الأحمر والأصفر إلى سطح الأرض، وتلوين السماء والسحب باللونين الأحمر والأصفر المميزين لغروب الشمس.

لماذا الغيوم بيضاء؟

دعونا نتطرق إلى موضوع السحب. لماذا توجد سحب بيضاء في السماء الزرقاء؟ أولا، دعونا نتذكر كيف يتم تشكيلها. الهواء الرطب المحتوي على بخار غير مرئي، يسخن على سطح الأرض، يرتفع ويتمدد لأن ضغط الهواء أقل في الأعلى. ومع توسع الهواء، فإنه يبرد. عندما يصل بخار الماء إلى درجة حرارة معينة، فإنه يتكثف حول الغبار الجوي والمواد الصلبة العالقة الأخرى، مما يؤدي إلى تتجمع قطرات صغيرة من الماء لتشكل سحابة.

على الرغم من صغر حجمها نسبيًا، إلا أن جزيئات الماء أكبر بكثير من جزيئات الغاز. وإذا تفرقت أشعة الشمس عند التقاء جزيئات الهواء، فعند التقاء قطرات الماء ينعكس الضوء عنها. في هذه الحالة، لا يغير شعاع ضوء الشمس الأبيض في البداية لونه وفي نفس الوقت "يلون" جزيئات السحب باللون الأبيض.

عندما ترمي الريح عباءة بيضاء ورقيقة وشفافة فوق السماء الزرقاء الجميلة، يبدأ الناس في النظر للأعلى أكثر فأكثر. إذا كانت ترتدي أيضًا معطفًا كبيرًا من الفرو الرمادي مع خيوط فضية من المطر في نفس الوقت ، فإن من حولها يختبئون منه تحت المظلات. إذا كان الزي باللون الأرجواني الداكن، فإن الجميع يجلسون في المنزل ويريدون رؤية السماء الزرقاء المشمسة.

وفقط عندما تظهر السماء الزرقاء المشمسة التي طال انتظارها، والتي ترتدي فستانًا أزرقًا مبهرًا مزينًا بأشعة الشمس الذهبية، يفرح الناس - ويبتسمون ويتركون منازلهم تحسبًا للطقس الجيد.

إن السؤال عن سبب لون السماء الزرقاء كان يقلق العقول البشرية منذ زمن سحيق. لقد وجدت الأساطير اليونانية إجابتها. وزعموا أن هذا الظل أعطاه أنقى أنواع الكريستال الصخري.

وفي زمن ليوناردو دافنشي وغوته، سعوا أيضًا إلى الحصول على إجابة لسؤال لماذا السماء زرقاء. وكانوا يعتقدون أن اللون الأزرق للسماء يتم الحصول عليه عن طريق مزج الضوء مع الظلام. ولكن في وقت لاحق تم دحض هذه النظرية باعتبارها لا يمكن الدفاع عنها، لأنه اتضح أنه من خلال الجمع بين هذه الألوان، يمكنك الحصول على نغمات الطيف الرمادي فقط، ولكن ليس اللون.

وبعد مرور بعض الوقت، تمت محاولة تفسير الإجابة على سؤال لماذا السماء زرقاء في القرن الثامن عشر من قبل ماريوت وبوغير ويولر. لقد اعتقدوا أن هذا هو اللون الطبيعي للجزيئات التي يتكون منها الهواء. ولاقت هذه النظرية رواجاً حتى في بداية القرن التالي، خاصة عندما تبين أن الأكسجين السائل لونه أزرق والأوزون السائل لونه أزرق.

كان سوسور أول من طرح فكرة معقولة إلى حد ما، حيث اقترح أنه إذا كان الهواء نقيًا تمامًا، بدون شوائب، فسوف يتبين أن السماء سوداء. ولكن بما أن الغلاف الجوي يحتوي على عناصر مختلفة (على سبيل المثال، البخار أو قطرات الماء)، فإنها تعكس اللون، وتعطي السماء الظل المطلوب.

وبعد ذلك بدأ العلماء يقتربون أكثر فأكثر من الحقيقة. اكتشف أراغو الاستقطاب، وهو أحد خصائص الضوء المتناثر الذي يرتد من السماء. لقد ساعدت الفيزياء العالم بالتأكيد في هذا الاكتشاف. وفي وقت لاحق، بدأ باحثون آخرون في البحث عن الجواب. وفي الوقت نفسه، كان السؤال عن سبب كون السماء زرقاء مثيرا للاهتمام بالنسبة للعلماء لدرجة أنه تم إجراء عدد كبير من التجارب المختلفة لمعرفة ذلك، مما أدى إلى فكرة أن السبب الرئيسي لظهور اللون الأزرق هو أنه أشعة شمسنا متناثرة ببساطة في الغلاف الجوي.

توضيح

أول من وضع إجابة رياضية لتشتت الضوء الجزيئي كان الباحث البريطاني رايلي. وافترض أن الضوء ينتشر ليس بسبب الشوائب الموجودة في الغلاف الجوي، ولكن بسبب جزيئات الهواء نفسها.

تشق أشعة الشمس طريقها إلى الأرض عبر غلافها الجوي (طبقة سميكة من الهواء)، وهو ما يسمى بالغلاف الجوي للكوكب. تمتلئ السماء المظلمة تمامًا بالهواء، وهو على الرغم من كونه شفافًا تمامًا، إلا أنه ليس فارغًا، بل يتكون من جزيئات الغاز - النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪)، بالإضافة إلى قطرات الماء والبخار وبلورات الجليد وجزيئات صغيرة. قطع من المواد الصلبة (على سبيل المثال، جزيئات الغبار، والسخام، والرماد، وملح المحيط، وما إلى ذلك).

تتمكن بعض الأشعة من المرور بحرية بين جزيئات الغاز، متجاوزة إياها تمامًا، وبالتالي تصل إلى سطح كوكبنا دون تغيرات، لكن معظم الأشعة تصطدم بجزيئات الغاز، التي تصبح مثارة، وتستقبل الطاقة، وتطلق أشعة متعددة الألوان في اتجاهات مختلفة، تمامًا تلوين السماء، مما يؤدي إلى رؤية سماء زرقاء مشمسة.

يتكون الضوء الأبيض نفسه من جميع ألوان قوس قزح، والتي غالبًا ما يمكن رؤيتها عندما يتم تقسيمها إلى الأجزاء المكونة لها.

يحدث أن جزيئات الهواء تبعثر الألوان الزرقاء والبنفسجية أكثر من غيرها، لأنها أقصر جزء من الطيف لأنها تمتلك أقصر طول موجي.

وعندما يمتزج اللونان الأزرق والبنفسجي في الجو مع كمية قليلة من الأحمر والأصفر والأخضر، تبدأ السماء "بالتوهج" باللون الأزرق.

نظرًا لأن الغلاف الجوي لكوكبنا ليس متجانسًا، ولكنه مختلف تمامًا (بالقرب من سطح الأرض فهو أكثر كثافة من الأعلى)، وله بنية وخصائص مختلفة، يمكننا أن نلاحظ الصبغات الزرقاء. قبل غروب الشمس أو شروقها، عندما يزداد طول أشعة الشمس بشكل ملحوظ، تنتشر الألوان الزرقاء والبنفسجية في الغلاف الجوي ولا تصل مطلقًا إلى سطح كوكبنا. وصلت بنجاح الموجات الصفراء والحمراء التي نلاحظها في السماء خلال هذه الفترة الزمنية.

وفي الليل، عندما لا تتمكن أشعة الشمس من الوصول إلى جهة معينة من الكوكب، يصبح الغلاف الجوي هناك شفافا، ونرى الفضاء "الأسود". هذا هو بالضبط ما يراه رواد الفضاء فوق الغلاف الجوي. ومن الجدير بالذكر أن رواد الفضاء كانوا محظوظين، لأنه عندما يكونون على ارتفاع أكثر من 15 كم فوق سطح الأرض، يمكنهم خلال النهار مراقبة الشمس والنجوم في نفس الوقت.

لون السماء على الكواكب الأخرى

سماء أورانوس ذات لون زبرجد جميل جدًا. يتكون غلافه الجوي بشكل رئيسي من الهيليوم والهيدروجين.كما أنه يحتوي على غاز الميثان الذي يمتص اللون الأحمر بالكامل وينثر اللونين الأخضر والأزرق. سماء نبتون زرقاء: في الغلاف الجوي لهذا الكوكب، لا يوجد الكثير من الهيليوم والهيدروجين مثلنا، ولكن هناك الكثير من الميثان، الذي يحيد الضوء الأحمر.

الغلاف الجوي على القمر والقمر الصناعي للأرض وكذلك على عطارد وبلوتو غائب تمامًا ، وبالتالي لا تنعكس أشعة الضوء ، وبالتالي فإن السماء هنا سوداء ويمكن تمييز النجوم بسهولة. يمتص الغلاف الجوي لكوكب الزهرة اللونين الأزرق والأخضر لأشعة الشمس بالكامل، وعندما تكون الشمس قريبة من الأفق تكون السماء صفراء.

في يوم مشمس صافٍ، تبدو السماء فوقنا زرقاء لامعة. وفي المساء، يلون غروب الشمس السماء باللون الأحمر والوردي والبرتقالي. فلماذا السماء زرقاء وما الذي يجعل غروب الشمس أحمر؟

ما هو لون الشمس؟

بالطبع الشمس صفراء! كل سكان الأرض سيجيبون، وسيختلف معهم سكان القمر.

ومن الأرض تظهر الشمس باللون الأصفر. لكن في الفضاء أو على القمر، تبدو لنا الشمس بيضاء. لا يوجد جو في الفضاء لتشتيت ضوء الشمس.

على الأرض، يتم امتصاص بعض الأطوال الموجية القصيرة لضوء الشمس (الأزرق والبنفسجي) عن طريق التشتت. أما باقي الطيف فيظهر باللون الأصفر.

وفي الفضاء تبدو السماء داكنة أو سوداء بدلا من اللون الأزرق. وهذا نتيجة عدم وجود غلاف جوي، وبالتالي لا يتشتت الضوء بأي شكل من الأشكال.

ولكن إذا سألت عن لون الشمس في المساء. في بعض الأحيان يكون الجواب هو أن الشمس حمراء. لكن لماذا؟

لماذا تكون الشمس حمراء عند الغروب؟

عندما تتحرك الشمس نحو غروب الشمس، يجب على ضوء الشمس أن يسافر مسافة أكبر في الغلاف الجوي للوصول إلى الراصد. يصل ضوء مباشر أقل إلى أعيننا وتبدو الشمس أقل سطوعًا.

نظرًا لأن ضوء الشمس يجب أن ينتقل لمسافات أطول، يحدث المزيد من التشتت. يمر الجزء الأحمر من طيف ضوء الشمس عبر الهواء بشكل أفضل من الجزء الأزرق. ونرى شمساً حمراء. كلما انخفضت الشمس إلى الأفق، كلما زاد حجم الهواء "المكبر" الذي نراها من خلاله، وأصبح أكثر احمرارا.

لنفس السبب، يبدو أن قطر الشمس أكبر بكثير مما كانت عليه خلال النهار: تلعب طبقة الهواء دور العدسة المكبرة للمراقب الأرضي.

يمكن أن يكون للسماء المحيطة بغروب الشمس ألوان مختلفة. تكون السماء أجمل عندما يحتوي الهواء على العديد من جزيئات الغبار أو الماء الصغيرة. تعكس هذه الجسيمات الضوء في جميع الاتجاهات. في هذه الحالة، تنتشر موجات الضوء الأقصر. ويرى الراصد أشعة ضوئية ذات أطوال موجية أطول، ولهذا تظهر السماء باللون الأحمر أو الوردي أو البرتقالي.

الضوء المرئي هو نوع من الطاقة التي يمكنها السفر عبر الفضاء. ويظهر ضوء الشمس أو المصباح المتوهج باللون الأبيض، مع أنه في الحقيقة خليط من جميع الألوان. الألوان الأساسية التي يتكون منها اللون الأبيض هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. تتحول هذه الألوان باستمرار إلى بعضها البعض، لذلك بالإضافة إلى الألوان الأساسية هناك أيضًا عدد كبير من الظلال المختلفة. كل هذه الألوان والظلال يمكن ملاحظتها في السماء على شكل قوس قزح يظهر في منطقة ذات رطوبة عالية.

الهواء الذي يملأ السماء بأكملها عبارة عن خليط من جزيئات الغاز الصغيرة والجسيمات الصلبة الصغيرة مثل الغبار.

تبدأ أشعة الشمس القادمة من الفضاء بالتشتت تحت تأثير الغازات الجوية، وتحدث هذه العملية وفق قانون رايلي للتشتت. أثناء انتقال الضوء عبر الغلاف الجوي، تمر معظم الأطوال الموجية الطويلة للطيف البصري دون تغيير. يتفاعل جزء صغير فقط من الألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر مع الهواء، ويصطدم بالجزيئات والغبار.

عندما يصطدم الضوء بجزيئات الغاز، يمكن أن ينعكس الضوء في اتجاهات مختلفة. بعض الألوان، مثل الأحمر والبرتقالي، تصل إلى المراقب مباشرة عن طريق مرورها مباشرة عبر الهواء. لكن معظم الضوء الأزرق ينعكس من جزيئات الهواء في كل الاتجاهات. وهذا ينثر الضوء الأزرق في جميع أنحاء السماء ويجعلها تبدو زرقاء.

ومع ذلك، يتم امتصاص العديد من الأطوال الموجية الأقصر من الضوء بواسطة جزيئات الغاز. بمجرد امتصاصه، ينبعث اللون الأزرق في جميع الاتجاهات. وهي منتشرة في كل مكان في السماء. بغض النظر عن الاتجاه الذي تنظر إليه، فإن بعضًا من هذا الضوء الأزرق المتناثر يصل إلى الراصد. وبما أن الضوء الأزرق مرئي في كل مكان فوق رؤوسنا، فإن السماء تبدو زرقاء.

إذا نظرت نحو الأفق، فإن السماء سيكون لها لون شاحب. وهذا نتيجة انتقال الضوء لمسافة أكبر عبر الغلاف الجوي للوصول إلى الراصد. وينتشر الضوء المبعثر مرة أخرى في الغلاف الجوي ويصل قدر أقل من الضوء الأزرق إلى عيون الراصد. ولذلك فإن لون السماء بالقرب من الأفق يبدو شاحبًا أو حتى يبدو أبيضًا تمامًا.

لماذا الفضاء أسود؟

لا يوجد هواء في الفضاء الخارجي. وبما أنه لا توجد عوائق يمكن أن ينعكس عنها الضوء، فإن الضوء ينتقل مباشرة. أشعة الضوء ليست متناثرة، وتظهر "السماء" مظلمة وسوداء.

أَجواء.

الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات والمواد الأخرى التي تحيط بالأرض على شكل قشرة رقيقة معظمها شفافة. الغلاف الجوي ثابت في مكانه بفعل جاذبية الأرض. المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (78.09%) والأكسجين (20.95%) والأرجون (0.93%) وثاني أكسيد الكربون (0.03%). ويحتوي الغلاف الجوي أيضًا على كميات صغيرة من الماء (في أماكن مختلفة يتراوح تركيزه من 0% إلى 4%)، وجزيئات صلبة وغازات النيون والهيليوم والميثان والهيدروجين والكريبتون والأوزون والزينون. العلم الذي يدرس الغلاف الجوي يسمى الأرصاد الجوية.

لن تكون الحياة على الأرض ممكنة بدون وجود الغلاف الجوي الذي يزودنا بالأكسجين الذي نحتاجه للتنفس. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الغلاف الجوي وظيفة مهمة أخرى - فهو يساوي درجة الحرارة في جميع أنحاء الكوكب. إذا لم يكن هناك غلاف جوي، فقد تكون هناك حرارة شديدة في بعض الأماكن على الكوكب، وفي أماكن أخرى شديدة البرودة، ويمكن أن يتقلب نطاق درجة الحرارة من -170 درجة مئوية في الليل إلى +120 درجة مئوية خلال النهار. كما يحمينا الغلاف الجوي من الإشعاعات الضارة القادمة من الشمس والفضاء، حيث يمتصها ويشتتها.

هيكل الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي من طبقات مختلفة، ويحدث الانقسام إلى هذه الطبقات حسب درجة حرارتها وتركيبها الجزيئي وخواصها الكهربائية. ليس لهذه الطبقات حدود محددة بوضوح؛ فهي تتغير موسميًا، وبالإضافة إلى ذلك، تتغير معلماتها عند خطوط العرض المختلفة.

هوموسفير

• الـ 100 كيلومتر السفلية، بما في ذلك طبقات التروبوسفير والستراتوسفير وميزوبوز.
• يشكل 99% من كتلة الغلاف الجوي.
• لا يتم فصل الجزيئات بالوزن الجزيئي.
• التكوين متجانس إلى حد ما، باستثناء بعض الحالات الشاذة المحلية الصغيرة. يتم الحفاظ على التجانس عن طريق الخلط المستمر والاضطراب والانتشار المضطرب.
• الماء هو أحد عنصرين يتم توزيعهما بشكل غير متساو. ومع ارتفاع بخار الماء، فإنه يبرد ويتكثف، ثم يعود إلى الأرض على شكل أمطار - ثلوج وأمطار. الستراتوسفير نفسه جاف جدًا.
• الأوزون هو جزيء آخر توزيعه غير متساو. (اقرأ أدناه عن طبقة الأوزون في الستراتوسفير.)

الغلاف الجوي المتغاير

• يمتد فوق الغلاف الجوي ويشمل الغلاف الحراري والغلاف الخارجي.
• يعتمد فصل الجزيئات في هذه الطبقة على أوزانها الجزيئية. وتتركز الجزيئات الأثقل مثل النيتروجين والأكسجين في الجزء السفلي من الطبقة. تسود الأنواع الأخف، الهيليوم والهيدروجين، في الجزء العلوي من الغلاف الجوي المتغاير.

تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات حسب خواصها الكهربائية.

جو محايد

• أقل من 100 كم.

الأيونوسفير

• ما يزيد عن 100 كيلومتر تقريبًا.
• يحتوي على جسيمات (أيونات) مشحونة كهربائياً تنتج عن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية
• تتغير درجة التأين مع الارتفاع.
• تعكس الطبقات المختلفة موجات الراديو الطويلة والقصيرة. وهذا يسمح للإشارات الراديوية التي تنتقل في خط مستقيم بالانحناء حول السطح الكروي للأرض.
• يحدث الشفق القطبي في هذه الطبقات الجوية.
• الغلاف المغناطيسيهو الجزء العلوي من الغلاف الأيوني، ويمتد إلى ارتفاع 70 ألف كيلومتر تقريبًا، ويعتمد هذا الارتفاع على شدة الرياح الشمسية. يحمينا الغلاف المغناطيسي من الجسيمات المشحونة عالية الطاقة من الرياح الشمسية عن طريق إبقائها في المجال المغناطيسي للأرض.

تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات حسب درجات حرارتها

ارتفاع الحدود العليا التروبوسفيريعتمد على المواسم وخطوط العرض. وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع حوالي 16 كيلومتراً عند خط الاستواء، وإلى ارتفاع 9 كيلومترات عند القطبين الشمالي والجنوبي.

• البادئة "تروبو" تعني التغيير. تحدث التغييرات في معالم التروبوسفير بسبب الظروف الجوية - على سبيل المثال، بسبب حركة الجبهات الجوية.
• ومع زيادة الارتفاع، تنخفض درجة الحرارة. ويرتفع الهواء الدافئ ثم يبرد ويعود إلى الأرض. وتسمى هذه العملية بالحمل الحراري، وتحدث نتيجة لحركة الكتل الهوائية. تهب الرياح في هذه الطبقة في الغالب عموديًا.
• تحتوي هذه الطبقة على جزيئات أكثر من جميع الطبقات الأخرى مجتمعة.

الستراتوسفير- تمتد من ارتفاع 11 كم إلى 50 كم تقريباً.

• لديه طبقة رقيقة جدا من الهواء.
• تشير البادئة "strato" إلى الطبقات أو التقسيم إلى طبقات.
• الجزء السفلي من الستراتوسفير هادئ تمامًا. غالبًا ما تطير الطائرات النفاثة إلى طبقة الستراتوسفير السفلية لتجنب سوء الأحوال الجوية في طبقة التروبوسفير.
• توجد في الجزء العلوي من طبقة الستراتوسفير رياح قوية تُعرف باسم التيارات النفاثة عالية الارتفاع. أنها تهب أفقيا بسرعات تصل إلى 480 كم / ساعة.
• تحتوي طبقة الستراتوسفير على "طبقة الأوزون"، وتقع على ارتفاع يتراوح بين 12 إلى 50 كيلومترًا تقريبًا (حسب خط العرض). ورغم أن تركيز الأوزون في هذه الطبقة لا يتجاوز 8 مل/م3، إلا أنه فعال جداً في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة القادمة من الشمس، وبالتالي حماية الحياة على الأرض. يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين. تحتوي جزيئات الأكسجين التي نتنفسها على ذرتين من الأكسجين.
• طبقة الستراتوسفير باردة جدًا، حيث تبلغ درجة الحرارة حوالي -55 درجة مئوية في الأسفل وتزداد مع الارتفاع. ترجع الزيادة في درجة الحرارة إلى امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة الأكسجين والأوزون.

الميزوسفير- يمتد إلى ارتفاعات حوالي 100 كم.

من السمات المميزة للإنسان هو الفضول. ربما نظر الجميع في مرحلة الطفولة إلى السماء وتساءلوا: "لماذا السماء زرقاء؟" كما اتضح، تتطلب الإجابات على مثل هذه الأسئلة التي تبدو بسيطة بعض قاعدة المعرفة في مجال الفيزياء، وبالتالي لن يتمكن كل والد من شرح سبب هذه الظاهرة بشكل صحيح لطفله.

دعونا ننظر في هذه المسألة من وجهة نظر علمية.

يغطي نطاق الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي كامل نطاق الإشعاع الكهرومغناطيسي تقريبًا، والذي يتضمن أيضًا الإشعاع المرئي للإنسان. والصورة أدناه توضح اعتماد شدة الإشعاع الشمسي على الطول الموجي لهذا الإشعاع.

وبتحليل هذه الصورة، يمكننا أن نلاحظ حقيقة أن الإشعاع المرئي يتمثل أيضًا في شدة متفاوتة للإشعاع ذي الأطوال الموجية المختلفة. وبالتالي، فإن اللون البنفسجي يقدم مساهمة صغيرة نسبيًا في الإشعاع المرئي، والمساهمة الأكبر تكون من اللونين الأزرق والأخضر.

لماذا السماء زرقاء؟

بادئ ذي بدء، يطرح هذا السؤال حقيقة أن الهواء غاز عديم اللون ولا ينبغي أن ينبعث منه ضوء أزرق. ومن الواضح أن سبب هذا الإشعاع هو نجمنا.

كما تعلم، الضوء الأبيض هو في الواقع مزيج من الإشعاع من جميع ألوان الطيف المرئي. باستخدام المنشور، يمكن فصل الضوء بوضوح إلى مجموعة كاملة من الألوان. يحدث تأثير مماثل في السماء بعد المطر ويشكل قوس قزح. عندما يدخل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي للأرض، فإنه يبدأ في التشتت، أي: يغير الإشعاع اتجاهه. ومع ذلك، فإن خصوصية تكوين الهواء هي أنه عندما يدخل الضوء إليه، فإن الإشعاع ذو الطول الموجي القصير ينتشر بقوة أكبر من الإشعاع طويل الموجة. وبالتالي، مع الأخذ في الاعتبار الطيف الموضح مسبقًا، يمكنك أن ترى أن الضوء الأحمر والبرتقالي لن يغير مساره عمليًا عند المرور عبر الهواء، في حين أن الإشعاع البنفسجي والأزرق سيغير اتجاهه بشكل ملحوظ. ولهذا السبب، يظهر في الهواء ضوء قصير الموجة "متجول"، والذي ينتشر باستمرار في هذه البيئة. ونتيجة للظاهرة الموصوفة، يبدو أن الإشعاع قصير الموجة في الطيف المرئي (البنفسجي، السماوي، الأزرق) ينبعث من كل نقطة في السماء.

الحقيقة المعروفة لإدراك الإشعاع هي أن العين البشرية لا يمكنها التقاط الإشعاع ورؤيته إلا إذا دخل العين مباشرة. بعد ذلك، بالنظر إلى السماء، من المرجح أن ترى ظلال هذا الإشعاع المرئي، والطول الموجي هو الأقصر، لأنه من الأفضل أن ينتشر في الهواء.

لماذا لا ترى اللون الأحمر بوضوح عند النظر إلى الشمس؟ أولا، من غير المرجح أن يتمكن الشخص من فحص الشمس بعناية، لأن الإشعاع المكثف يمكن أن يلحق الضرر بالجهاز البصري. ثانيًا: على الرغم من وجود ظاهرة تشتت الضوء في الهواء، إلا أن معظم الضوء المنبعث من الشمس يصل إلى سطح الأرض دون أن يتبدد. ولذلك، يتم دمج جميع ألوان الطيف المرئي للإشعاع، لتكوين ضوء ذو لون أبيض أكثر وضوحًا.

دعنا نعود إلى الضوء المبعثر بالهواء، والذي يجب أن يكون لونه، كما حددنا بالفعل، أقصر طول موجي. من بين الإشعاع المرئي، يتمتع اللون البنفسجي بأقصر طول موجي، يليه اللون الأزرق، والأزرق له طول موجي أطول قليلاً. ومع الأخذ في الاعتبار الشدة المتفاوتة لإشعاع الشمس، يصبح من الواضح أن مساهمة اللون البنفسجي لا تذكر. لذلك، فإن أكبر مساهمة في الإشعاع المنبعث من الهواء تأتي من اللون الأزرق، يليه اللون الأزرق.

لماذا غروب الشمس أحمر؟

في حالة إخفاء الشمس خلف الأفق، يمكننا أن نلاحظ نفس الإشعاع طويل الموجة ذو اللون الأحمر البرتقالي. في هذه الحالة، يجب أن يسافر ضوء الشمس مسافة أكبر بشكل ملحوظ في الغلاف الجوي للأرض قبل أن يصل إلى عين الراصد. عند النقطة التي يبدأ فيها إشعاع الشمس بالتفاعل مع الغلاف الجوي، يكون اللونان الأزرق والأزرق أكثر وضوحًا. ومع ذلك، مع المسافة، يفقد إشعاع الموجة القصيرة شدته، لأنه ينتشر بشكل كبير على طول الطريق. بينما يقوم الإشعاع طويل الموجة بعمل ممتاز في تغطية هذه المسافات الطويلة. ولهذا السبب تكون الشمس حمراء عند غروب الشمس.

كما ذكرنا سابقًا، على الرغم من أن الإشعاع طويل الموجة متناثر بشكل ضعيف في الهواء، إلا أن التشتت لا يزال يحدث. لذلك، أثناء وجودها في الأفق، تنبعث الشمس من الضوء، الذي يصل منه فقط إشعاع الظلال الحمراء والبرتقالية إلى المراقب، والذي لديه بعض الوقت ليتبدد في الغلاف الجوي، ويشكل الضوء "المتجول" المذكور سابقًا. هذا الأخير يلون السماء بظلال متنوعة من اللون الأحمر والبرتقالي.

لماذا الغيوم بيضاء؟

عند الحديث عن السحب، نعلم أنها تتكون من قطرات مجهرية من السائل تعمل على تشتيت الضوء المرئي بشكل موحد تقريبًا، بغض النظر عن الطول الموجي للإشعاع. ثم ينتشر الضوء المبعثر، الموجه في كل الاتجاهات من القطرة، مرة أخرى على القطرات الأخرى. في هذه الحالة، يتم الحفاظ على مزيج الإشعاع من جميع الأطوال الموجية، والسحب "تتوهج" (تنعكس) باللون الأبيض.

إذا كان الطقس غائما، فإن الإشعاع الشمسي يصل إلى سطح الأرض قليلا. وفي حالة السحب الكبيرة، أو عددها الكبير، يتم امتصاص جزء من ضوء الشمس، مما يجعل السماء تعتم وتأخذ اللون الرمادي.