Konumun alaka düzeyi dinleyiciler için ilginç ve faydalı olacağı gerçeğinde yatıyor çünkü birçok insan berrak mavi gökyüzüne bakıp ona hayran kalıyor ve çok az kişi onun neden bu kadar mavi olduğunu, ona bu kadar rengi neyin verdiğini biliyor.
İndirmek:
Önizleme:
- Giriiş. İle. 3
- Ana kısım. İle. 4-6
- Sınıf arkadaşlarımın tahminleri
- Eski bilim adamlarının varsayımları
- Modern bakış açısı
- Gökyüzünün farklı renkleri
- Çözüm.
- Çözüm. İle. 7
- Edebiyat. İle. 8
1. Giriş.
Havanın açık, güneşli, gökyüzünün tek bir bulutsuz olması ve gökyüzünün renginin mavi olması hoşuma gidiyor. “Merak ediyorum,” diye düşündüm, “gökyüzü neden mavi?”
Araştırma konusu:Gökyüzü neden mavi?
Çalışmanın amacı:Gökyüzünün neden mavi olduğunu biliyor musun?
Araştırma hedefleri:
Eski bilim adamlarının varsayımlarını öğrenin.
Modern olanı keşfedin bilimsel nokta görüş.
Gökyüzünün rengine dikkat edin.
Çalışmanın amacı- popüler bilim literatürü.
Çalışma konusu- gökyüzünün mavi rengi.
Araştırma hipotezleri:
Diyelim ki bulutlar su buharından oluşuyor ve su mavi;
Veya güneşin gökyüzünü bu renge boyayan ışınları vardır.
Çalışma planı:
- Ansiklopedileri görüntüleyin;
- İnternette bilgi bulun;
- Çevrenizdeki dünya hakkında çalışılan konuları hatırlayın;
- Anneme sor;
- Sınıf arkadaşlarınızın görüşlerini öğrenin.
Konumun alaka düzeyi dinleyiciler için ilginç ve faydalı olacağı gerçeğinde yatıyor çünkü birçok insan berrak mavi gökyüzüne bakıp ona hayran kalıyor ve çok az kişi onun neden bu kadar mavi olduğunu, ona bu kadar rengi neyin verdiğini biliyor.
2. Ana bölüm.
Sınıf arkadaşlarımın tahminleri.
Sınıf arkadaşlarımın şu soruya ne cevap vereceğini merak ediyordum: Gökyüzü neden mavi? Belki birisinin görüşü benimkiyle örtüşür veya belki tamamen farklı olacaktır.
Okulumuzun 3.sınıflarında öğrenim gören 24 öğrenciye anket uygulandı. Yanıtların analizi şunları gösterdi:
8 öğrenci, yeryüzünden buharlaşan su nedeniyle gökyüzünün mavi olduğunu;
4 öğrenci mavi rengin sakinleştirici olduğunu;
4 öğrenci gökyüzünün renginin atmosfer ve güneşten etkilendiğini düşünüyor;
3 öğrenci uzayın karanlık, atmosferin ise beyaz olduğunu, bunun sonucunda da mavi rengin oluştuğunu düşünmektedir.
2 öğrenci güneş ışınının atmosferde kırılarak mavi rengin oluştuğuna inanmaktadır.
2 öğrenci hava soğuk olduğu için gökyüzünün mavi rengini önerdi.
1 öğrenci - doğa böyle işler.
İlginçtir ki hipotezlerimden biri, erkeklerin en yaygın görüşüyle örtüşüyor - bulutlar su buharından oluşuyor ve su mavidir.
Eski bilim adamlarının varsayımları.
Sorumun cevabını literatürde aramaya başladığımda birçok bilim insanının cevap bulmak için kafa yorduğunu öğrendim. Pek çok hipotez ve varsayım üretildi.
Örneğin, eski Yunanlılara gökyüzü neden mavidir diye sorulduğunda. - Hiç tereddüt etmeden hemen cevap verirdim: “Gökyüzü mavidir çünkü en saf kaya kristalinden yapılmıştır!” Gökyüzü, şaşırtıcı bir doğrulukla birbirine yerleştirilmiş birkaç kristal küreden oluşuyor. Ortada ise denizleri, şehirleri, tapınakları, dağ zirveleri, orman yolları, meyhaneleri ve kaleleriyle Dünya var.
Bu eski Yunanlıların teorisiydi ama neden böyle düşündüler? Gökyüzüne dokunulamıyor, yalnızca bakılabiliyordu. İzleyin ve düşünün. Ve çeşitli tahminler yapın. Zamanımızda bu tür tahminlere "bilimsel teori" deniyordu, ancak eski Yunanlılar döneminde bunlara tahmin deniyordu. Uzun gözlemlerden ve daha da uzun düşünmelerden sonra, eski Yunanlılar bunun gökyüzünün mavi rengi gibi tuhaf bir fenomen için basit ve güzel bir açıklama olduğuna karar verdiler.
Neden böyle düşündüklerini kontrol etmeye karar verdim. Sıradan bir cam parçası koyarsak şeffaf olduğunu görürüz. Ancak bu tür bardaklardan oluşan bir yığını üst üste koyarsanız ve içlerinden bakmaya çalışırsanız, mavimsi bir renk tonu göreceksiniz.
Gökyüzünün rengine ilişkin bu basit açıklama bir buçuk bin yıl sürdü.
Leonardo da Vinci gökyüzünün bu renge boyanmasının sebebinin “...karanlık üzerindeki ışığın maviye dönüşmesi…” olduğunu ileri sürmüştür.
Diğer bazı bilim adamları da aynı görüşe sahipti, ancak yine de daha sonra bu hipotezin temelde yanlış olduğu ortaya çıktı, çünkü siyahı beyazla karıştırırsanız mavi elde etme olasılığınız düşüktür, çünkü bu renklerin kombinasyonu yalnızca gri ve tonlarını verir.
Biraz sonra 18. yüzyılda gökyüzünün renginin havadaki bileşenler tarafından verildiğine inanılıyordu. Bu teoriye göre havanın birçok yabancı madde içerdiğine inanılıyordu. temiz hava siyah olurdu. Bu teoriden sonra daha birçok varsayım ve varsayım ortaya çıktı, ancak hiçbiri kendini haklı çıkaramadı.
Modern bakış açısı.
Modern bilim adamlarının görüşüne döndüm. Modern bilim adamları bu sorunun cevabını buldular ve gökyüzünün neden mavi olduğunu kanıtladılar.
Gökyüzü sadece havadır, her saniye soluduğumuz, şeffaf ve ağırlıksız olduğu için görülemeyen ve dokunulamayan sıradan havadır. Ama şeffaf havayı soluyoruz, neden başımızın üstünde bu kadar mavi bir renk alıyor?
Bütün sırrın bizim atmosferimizde olduğu ortaya çıktı.
Güneş ışınlarının yere çarpmadan önce büyük bir hava tabakasından geçmesi gerekir.
Güneş ışını beyazdır. A beyaz renkli ışınların bir karışımıdır. Gökkuşağının renklerini hatırlamayı kolaylaştıran küçük kafiye gibi:
- her biri (kırmızı)
- avcı (turuncu)
- dilekler (sarı)
- biliyorum (yeşil)
- nerede (mavi)
- oturan (mavi)
- sülün (mor)
Hava parçacıklarıyla çarpışan bir güneş ışını yedi renkli ışınlara ayrılır.
Kırmızı ve turuncu ışınlar en uzun olanlardır ve güneşten doğrudan gözümüze geçerler. Ve mavi ışınlar en kısa olanlardır, hava parçacıklarını her yöne yansıtırlar ve yere diğerlerinden daha az ulaşırlar. Böylece gökyüzü mavi ışınlarla kaplanır.
Gökyüzünün farklı renkleri.
Gökyüzü her zaman mavi değildir. Örneğin geceleri güneşin ışın göndermediği zamanlarda gökyüzünü mavi değil, atmosfer şeffaf görünür. Ve şeffaf hava sayesinde kişi gezegenleri ve yıldızları görebilir. Ve gün boyunca mavi renk yine kozmik bedenleri gözlerimizden gizler.
Gökyüzünün rengi kırmızı olabilir - gün batımında, bulutlu havalarda, beyaz veya gri.
Sonuçlar.
Araştırmamı yaptıktan sonra yapabilirim aşağıdaki sonuçlar:
- Bütün sır atmosferimizdeki gökyüzünün renginde- Dünya gezegeninin hava kabuğunda.
- Atmosferden geçen güneş ışını yedi renkli ışınlara ayrılır.
- Kırmızı ve turuncu ışınlar en uzun, mavi ışınlar ise en kısadır..
- Mavi ışınlar Dünya'ya diğerlerinden daha az ulaşır ve bu ışınlar sayesinde gökyüzü maviye bürünür.
- Gökyüzü her zaman mavi değildir.
Önemli olan artık gökyüzünün neden mavi olduğunu biliyorum. İkinci hipotezim kısmen doğrulandı; Güneş'in gökyüzünü bu renge boyayan ışınları var. İki sınıf arkadaşımın tahminlerinin doğru cevaba en yakın olduğu ortaya çıktı.
Gökyüzünün renginin değişken bir özellik olduğu gerçeğine hepimiz alışığız. Sis, bulutlar, günün saati - her şey kubbenin rengini etkiler. Günlük vardiyası çoğu yetişkinin aklını meşgul etmiyor ki bu çocuklar için söylenemez. Sürekli olarak gökyüzünün neden fiziksel olarak mavi olduğunu veya gün batımını kırmızı yapan şeyin ne olduğunu merak ediyorlar. Bu kadar basit olmayan soruları anlamaya çalışalım.
Değiştirilebilir
Gökyüzünün gerçekte neyi temsil ettiği sorusunu yanıtlayarak başlamaya değer. İÇİNDE antik dünya gerçekten Dünya'yı kaplayan bir kubbe olarak görülüyordu. Ancak günümüzde meraklı kaşifin ne kadar yükseğe çıkarsa çıksın bu kubbeye ulaşamayacağını bilmeyen yoktur. Gökyüzü bir nesne değil, gezegenin yüzeyinden bakıldığında açılan bir panorama, ışıktan örülmüş bir tür görünüm. Üstelik farklı noktalardan bakıldığında farklı görünebilir. Yani bulutların üzerine çıkmak şu anda yerden tamamen farklı bir manzara açıyor.
Açık bir gökyüzü mavidir, ancak bulutlar içeri girer girmez gri, kurşuni veya kirli beyaz olur. Gece gökyüzü siyahtır, bazen üzerinde kırmızımsı alanlar görebilirsiniz. Bu şehrin yapay aydınlatmasının yansımasıdır. Tüm bu değişikliklerin nedeni ışık ve onun hava ve parçacıklarla etkileşimidir. çeşitli maddeler içinde.
Rengin doğası
Fizik açısından gökyüzünün neden mavi olduğu sorusuna cevap verebilmek için rengin ne olduğunu hatırlamamız gerekiyor. Bu belli uzunlukta bir dalgadır. Güneş'ten Dünya'ya gelen ışık beyaz renkte görülür. Newton'un deneylerinden bu yana bunun yedi ışından oluşan bir ışın olduğu biliniyor: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve mor. Renkler dalga boyuna göre farklılık gösterir. Kırmızı-turuncu spektrum, bu parametrede en etkileyici olan dalgaları içerir. Spektrumun bazı kısımları kısa dalga boylarıyla karakterize edilir. Işığın bir spektruma ayrışması, çeşitli maddelerin molekülleri ile çarpıştığında meydana gelir ve dalgaların bir kısmı emilebilir ve bir kısmı saçılabilir.
Sebebin araştırılması
Birçok bilim insanı gökyüzünün neden mavi olduğunu fizik açısından açıklamaya çalışmıştır. Tüm araştırmacılar, gezegenin atmosferindeki ışığı, sonuç olarak bize yalnızca mavi ışığın ulaşacağı şekilde dağıtan bir olguyu veya süreci keşfetmeye çalıştı. Bu tür parçacıkların rolüne ilk adaylar suydu. Kırmızı ışığı emip mavi ışığı ilettiklerine ve bunun sonucunda mavi bir gökyüzü gördüğümüze inanılıyordu. Ancak daha sonra yapılan hesaplamalar, atmosferdeki ozon, buz kristalleri ve su buharı moleküllerinin gökyüzüne mavi renk vermeye yetmediğini gösterdi.
Nedeni kirlilik
Açık sonraki aşama John Tyndall'ın araştırması, tozun istenen parçacıkların rolünü oynadığını öne sürdü. Mavi ışık saçılmaya karşı en yüksek dirence sahiptir ve bu nedenle tüm toz katmanlarından ve diğer asılı parçacıklardan geçebilir. Tindall, varsayımını doğrulayan bir deney yaptı. Laboratuvarda bir duman modeli oluşturdu ve onu parlak beyaz ışıkla aydınlattı. Duman mavi bir renk aldı. Bilim adamı araştırmasından kesin bir sonuç çıkardı: Gökyüzünün rengi toz parçacıkları tarafından belirlenir, yani Dünya'nın havası temiz olsaydı, insanların başlarının üzerindeki gökyüzü mavi değil beyaz parlardı.
Tanrı'nın Araştırması
Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusuna (fizik açısından) son nokta İngiliz bilim adamı Lord D. Rayleigh tarafından ortaya atıldı. Başımızın üstündeki alanı alışık olduğumuz gölgede renklendiren şeyin toz ya da duman olmadığını kanıtladı. Havanın kendisi. Gaz molekülleri, kırmızıya eşdeğer olan en uzun dalga boylarının çoğunu ve esas olarak emer. Mavi dağılıyor. Bugün açık havalarda gördüğümüz gökyüzünün rengini tam olarak bu şekilde açıklıyoruz.
Dikkatli olanlar, bilim adamlarının mantığını takip ederek kubbe tepesinin mor olması gerektiğini fark edeceklerdir, çünkü bu renk görünür aralıktaki en kısa dalga boyuna sahiptir. Ancak bu bir hata değil: Spektrumdaki menekşe oranı maviden çok daha küçüktür ve insan gözü ikincisine karşı daha duyarlıdır. Aslında gördüğümüz mavi, mavinin menekşe ve diğer bazı renklerle karıştırılmasının sonucudur.
Gün batımı ve bulutlar
Herkes günün farklı saatlerinde görebileceğinizi biliyor farklı renk gökyüzü. Deniz veya göl üzerindeki güzel gün batımlarının fotoğrafları bunun mükemmel bir örneğidir. Kırmızı ve sarının her türlü tonu, mavi ve lacivertle birleşerek böyle bir gösteriyi unutulmaz kılıyor. Ve bu, ışığın aynı saçılmasıyla açıklanmaktadır. Gerçek şu ki, gün batımı ve şafak vakti, güneş ışınlarının atmosferde günün en yüksek noktasına göre çok daha uzun bir yol kat etmesi gerekir. Bu durumda spektrumun mavi-yeşil kısmından gelen ışık saçılır. farklı taraflar ufka yakın bulutlar ise kırmızı tonlarında renkleniyor.
Gökyüzü bulutlandığında resim tamamen değişir. yoğun katmanın üstesinden gelemeyen ve en sadece yere ulaşmazlar. Bulutların arasından geçmeyi başaran ışınlar, yağmurun su damlaları ve bulutlarla buluşuyor ve bu da yine ışığı bozuyor. Tüm bu dönüşümler sonucunda bulutlar küçükse beyaz ışık yeryüzüne ulaşır, gökyüzü etkileyici bulutlarla kaplandığında ise ışınların bir kısmını ikinci kez soğuran gri ışık dünyaya ulaşır.
Diğer gökler
Güneş sisteminin diğer gezegenlerinde yüzeyden bakıldığında Dünya'dakinden çok farklı bir gökyüzü görebilmeniz ilginçtir. Açık uzay nesneleri Atmosferden yoksun kalan güneş ışınları yüzeye serbestçe ulaşır. Sonuç olarak burada gökyüzü siyahtır ve gölge yoktur. Bu resim Ay, Merkür ve Plüton'da görülebilir.
Mars gökyüzünün kırmızı-turuncu bir tonu vardır. Bunun nedeni gezegenin atmosferini dolduran tozda yatıyor. O boyalı farklı tonlar kırmızı ve turuncu. Güneş ufkun üzerine yükseldiğinde, Mars'ın gökyüzü pembemsi kırmızıya dönerken, armatürün diskini hemen çevreleyen alan mavi ve hatta mor görünür.
Satürn'ün üzerindeki gökyüzü Dünya'dakiyle aynı renktedir. Akuamarin gökyüzü Uranüs'ün üzerinde uzanıyor. Bunun nedeni üst gezegenlerde bulunan metan pusunda yatmaktadır.
Venüs yoğun bir bulut tabakasıyla araştırmacıların gözünden gizlenmiştir. Mavi-yeşil spektrumdaki ışınların gezegenin yüzeyine ulaşmasına izin vermiyor, bu nedenle burada gökyüzü sarı-turuncu ve ufuk boyunca gri bir şerit var.
Gün boyunca uzayın üzerini keşfetmek, yıldızlı gökyüzünü incelemekten daha az mucizeyi ortaya çıkarmaz. Bulutlarda ve onların arkasında meydana gelen süreçleri anlamak, ortalama bir insanın oldukça aşina olduğu ancak herkesin hemen açıklayamadığı şeylerin nedenini anlamaya yardımcı olur.
Görmenin ve anlamanın mutluluğu
doğanın en güzel armağanıdır.
Albert EİNSTEİN
Gökyüzü mavisinin gizemi
Gökyüzü neden mavi?...
Hayatında en az bir kez bile bunu düşünmeyen hiç kimse yoktur. Ortaçağ düşünürleri zaten gökyüzünün renginin kökenini açıklamaya çalışmışlardı. Bazıları mavinin havanın veya onu oluşturan gazlardan birinin gerçek rengi olduğunu öne sürdü. Bazıları ise gökyüzünün gerçek renginin siyah olduğunu, yani geceleri göründüğünü düşünüyordu. Gün boyunca gökyüzünün siyah rengi beyazla birleşiyor - güneş ışınları ve ortaya çıkıyor... mavi.
Şimdi belki mavi boya almak isteyen siyahla beyazı karıştıracak biriyle tanışmayacaksınız. Ve renk karışımı yasalarının hâlâ belirsiz olduğu bir dönem vardı. Sadece üç yüz yıl önce Newton tarafından kuruldular.
Newton ayrıca masmavi gökyüzünün gizemiyle de ilgilenmeye başladı. Önceki tüm teorileri reddederek başladı.
Birincisi, beyaz ve siyahın karışımının asla mavi üretmediğini savundu. İkincisi, mavi kesinlikle havanın gerçek rengi değildir. Eğer böyle olsaydı, gün batımında Güneş ve Ay gerçekte oldukları gibi kırmızı değil, mavi görünürdü. Uzaktaki karlı dağların zirveleri böyle görünecekti.
Havanın renkli olduğunu hayal edin. Çok zayıf olsa bile. Daha sonra kalın bir tabaka boyalı cam gibi davranacaktır. Ve boyalı camdan bakarsanız, tüm nesneler bu camla aynı renkte görünecektir. Neden uzaktaki karlı zirveler bize hiç mavi değil de pembe görünüyor?
Selefleriyle olan anlaşmazlıkta gerçek Newton'un tarafındaydı. Havanın renkli olmadığını kanıtladı.
Ama yine de göksel masmavi bilmeceyi çözemedi. Doğanın en güzel, şiirsel olaylarından biri olan gökkuşağı karşısında kafası karışmıştı. Neden aniden ortaya çıkıyor ve beklenmedik bir şekilde ortadan kayboluyor? Newton, yaygın olan batıl inançla yetinemezdi: Gökkuşağı yukarıdan gelen bir işarettir, güzel havanın habercisidir. Her olgunun maddi nedenini bulmaya çalıştı. Gökkuşağının nedenini de buldu.
Gökkuşağı yağmur damlalarında ışığın kırılması sonucu oluşur. Bunu anlayan Newton, gökkuşağı yayının şeklini hesaplayabildi ve gökkuşağının renk sırasını açıklayabildi. Onun teorisi yalnızca çift gökkuşağının görünümünü açıklayamıyordu, ancak bu yalnızca üç yüzyıl sonra çok karmaşık bir teorinin yardımıyla yapıldı.
Gökkuşağı teorisinin başarısı Newton'u hipnotize etti. Yanlışlıkla gökyüzünün mavi renginin ve gökkuşağının aynı nedenden kaynaklandığına karar verdi. Güneş ışınları yağmur damlalarının arasından geçtiğinde gerçekten bir gökkuşağı patlıyor. Ancak gökyüzünün maviliği sadece yağmurda görülmüyor! Aksine, yağmurun bile olmadığı açık havalarda gökyüzü özellikle mavidir. Büyük bilim adamı bunu nasıl fark etmedi? Newton, teorisine göre gökkuşağının yalnızca mavi kısmını oluşturan minik su kabarcıklarının her türlü hava koşulunda havada yüzdüğünü düşünüyordu. Ama bu bir yanılsamaydı.
İlk çözüm
Neredeyse 200 yıl geçti ve başka bir İngiliz bilim adamı bu konuyu ele aldı - Rayleigh, bu görevin büyük Newton'un bile gücünün ötesinde olmasından korkmuyordu.
Rayleigh optik okudu. Ve hayatlarını ışık çalışmalarına adayan insanlar, karanlıkta çok zaman harcıyorlar. Dışarıdan gelen ışık en iyi deneyleri engeller, bu nedenle optik laboratuvarının pencereleri neredeyse her zaman siyah, geçilmez perdelerle kaplıdır.
Rayleigh, cihazlardan kaçan ışık huzmeleriyle kasvetli laboratuvarında saatlerce tek başına kaldı. Işınların yolunda canlı toz zerreleri gibi dönüyorlardı. Parlak bir şekilde aydınlatılmışlardı ve bu nedenle karanlık arka planda öne çıkıyorlardı. Bilim adamı, tıpkı bir kişinin şöminedeki kıvılcımların oyununu izlemesi gibi, onların yumuşak hareketlerini uzun süre düşünceli bir şekilde izleyerek geçirmiş olabilir.
Rayleigh'e gökyüzünün renginin kökeni hakkında yeni bir fikir veren, ışık ışınlarında dans eden bu toz zerreleri değil miydi?
Antik çağlarda bile ışığın düz bir çizgide yayıldığı biliniyordu. Bu önemli keşif çoktan yapılmış olabilir ilkel adam, kulübenin çatlaklarından geçerek güneş ışınlarının duvarlara ve zemine nasıl düştüğünü izliyor.
Ancak yandan bakıldığında ışık ışınlarını neden gördüğü düşüncesinden rahatsız olması pek olası değil. Ve burada düşünülmesi gereken bir şey var. Sonuçta güneş ışığı çatlaktan zemine doğru ışınlanıyor. Gözlemcinin gözü yandadır ve yine de bu ışığı görür.
Ayrıca gökyüzüne yönlendirilen bir spot ışığından gelen ışığı da görüyoruz. Bu, ışığın bir kısmının bir şekilde saptığı anlamına gelir. düz yol ve gözümüze gidiyor.
Onu yoldan çıkmaya iten şey nedir? Bunların havayı dolduran toz parçacıkları olduğu ortaya çıktı. Bir toz zerresinin saçtığı ışınlar ve ışınlar gözümüze girer, engellerle karşılaşınca yoldan sapar ve saçılan toz zerresinden gözümüze düz bir çizgi halinde yayılır.
“Gökyüzünü maviye boyayan bu toz zerreleri mi?” – Rayleigh bir gün düşündü. Hesabı yaptı ve tahmin kesinleşti. Gökyüzünün mavi rengine, kızıl şafaklara ve mavi puslara bir açıklama buldu! Rayleigh 1871'de, elbette, boyutu ışığın dalga boyundan daha küçük olan küçük toz taneciklerinin güneş ışığını dağıttığını ve dalga boyu ne kadar kısa olursa o kadar güçlü olduğunu duyurdu. Görünür güneş spektrumundaki mor ve mavi ışınlar en kısa dalga boyuna sahip olduğundan, en güçlü şekilde dağılırlar ve gökyüzüne mavi bir renk verirler.
Güneş ve karlı zirveler Rayleigh'in bu hesaplamasına uydu. Hatta bilim adamının teorisini bile doğruladılar. Rayleigh'in teorisine göre, gün doğumu ve gün batımında, güneş ışığı havanın en kalın kısmından geçtiğinde, mor ve mavi ışınlar en güçlü şekilde dağılır. Aynı zamanda doğru yoldan saparlar ve bakanın dikkatini çekmezler. Gözlemci esas olarak çok daha zayıf bir şekilde dağılmış olan kırmızı ışınları görüyor. Bu nedenle güneş doğarken ve batarken bize kırmızı görünür. Aynı sebepten dolayı uzaktaki karlı dağların zirveleri de pembe görünür.
Bakıyorum açık gökyüzü mavi-mavi ışınların düz bir yoldan saçılarak gözümüze girdiğini görürüz. Ve bazen ufkun yakınında gördüğümüz sis de bize mavi görünüyor.
Can sıkıcı önemsiz şey
Çok güzel bir anlatım değil mi? Rayleigh kendisini o kadar kaptırmıştı ki, bilim adamları teorinin uyumuna ve Rayleigh'in Newton'a karşı kazandığı zafere o kadar hayran kalmışlardı ki hiçbiri basit bir şeyi fark etmemişti. Ancak bu önemsiz şey onların değerlendirmesini tamamen değiştirmiş olmalıydı.
Havada tozun çok daha az olduğu şehirden uzakta, gökyüzünün mavi renginin özellikle açık ve parlak olduğunu kim inkar edebilir? Rayleigh'in bunu inkar etmesi zordu. Bu nedenle... ışığı dağıtan toz parçacıkları değil mi? Sonra ne olacak?
Tüm hesaplamalarını tekrar gözden geçirdi ve denklemlerinin doğru olduğuna ikna oldu, ancak bu, saçılan parçacıkların aslında toz taneleri olmadığı anlamına geliyordu. Ek olarak, havada bulunan toz tanecikleri ışığın dalga boyundan çok daha uzundur ve hesaplamalar Rayleigh'i bunların büyük bir birikiminin gökyüzünün maviliğini artırmadığına, aksine zayıflattığına ikna etmiştir. Işığın büyük parçacıklar tarafından saçılması, dalga boyuna zayıf bir şekilde bağlıdır ve bu nedenle renginde bir değişikliğe neden olmaz.
Işık büyük parçacıklara saçıldığında hem saçılan hem de iletilen ışık beyaz kalır, bu nedenle havadaki büyük parçacıkların görünümü gökyüzüne beyazımsı bir renk verir ve çok sayıda büyük damlacığın birikmesi bulutların ve sisin beyaz rengine neden olur. . Sıradan bir sigara üzerinde bunu kontrol etmek kolaydır. Ağızlıktan çıkan duman daima beyazımsı görünür, yanan ucundan çıkan duman ise mavimsi renktedir.
Sigaranın yanan ucundan yükselen en küçük duman parçacıkları, ışığın dalga boyundan daha küçüktür ve Rayleigh'in teorisine göre ağırlıklı olarak mor ve mavi renkleri saçar. Ancak tütün kalınlığındaki dar kanallardan geçerken duman parçacıkları birbirine yapışır (pıhtılaşır), daha büyük topaklar halinde birleşir. Birçoğu ışığın dalga boylarından daha büyük hale gelir ve ışığın tüm dalga boylarını yaklaşık olarak eşit şekilde dağıtırlar. Ağızlıktan çıkan dumanın beyazımsı görünmesinin nedeni budur.
Evet, toz zerrelerine dayanan bir teoriyi tartışmak, savunmak faydasızdı.
Böylece gökyüzünün mavi renginin gizemi bir kez daha bilim adamlarının karşısına çıktı. Ancak Rayleigh pes etmedi. Eğer gökyüzünün mavi rengi atmosfer ne kadar saf ve parlaksa, o zaman gökyüzünün rengine havanın moleküllerinden başka bir şey neden olamaz, diye düşündü. Yeni makalelerinde hava moleküllerinin güneş ışığını saçan en küçük parçacıklar olduğunu yazdı!
Bu sefer Rayleigh çok dikkatliydi. Yeni fikrini bildirmeden önce onu test etmeye, teoriyi deneyimle bir şekilde karşılaştırmaya karar verdi.
Fırsat 1906'da kendini gösterdi. Rayleigh'e, Mount Wilson Gözlemevi'nde gökyüzünün mavi parıltısını inceleyen Amerikalı astrofizikçi Abbott yardımcı oldu. Abbott, Rayleigh saçılma teorisine dayanarak gökyüzünün parlaklığını ölçmenin sonuçlarını işleyerek havanın her santimetreküpünde bulunan molekül sayısını hesapladı. Çok büyük bir sayı olduğu ortaya çıktı! Şunu söylemek yeterli: Bu molekülleri dünya üzerinde yaşayan tüm insanlara dağıtırsanız, o zaman herkes bu moleküllerden 10 milyardan fazlasını alacaktır. Kısacası Abbott, normal atmosferik sıcaklık ve basınçtaki havanın her santimetre küpünün 27 milyar kere bir milyar molekül içerdiğini keşfetti.
Bir santimetreküp gazdaki molekül sayısı, tamamen farklı ve bağımsız olaylara dayanarak farklı şekillerde belirlenebilir. Hepsi yakından eşleşen sonuçlara yol açar ve Loschmidt numarası adı verilen bir sayı verir.
Bu sayı bilim adamları tarafından iyi bilinmektedir ve gazlarda meydana gelen olayları açıklamada birden fazla kez ölçü ve kontrol görevi görmüştür.
Ve böylece Abbott'un gökyüzünün parıltısını ölçerken elde ettiği sayı, Loschmidt'in sayısıyla büyük bir doğrulukla örtüşüyordu. Ancak hesaplamalarında Rayleigh saçılım teorisini kullandı. Böylece bu, teorinin doğru olduğunu, ışığın moleküler saçılımının gerçekten var olduğunu açıkça kanıtladı.
Rayleigh'in teorisinin deneyimlerle güvenilir bir şekilde doğrulandığı görülüyordu; tüm bilim adamları onun kusursuz olduğunu düşünüyordu.
Genel kabul gördü ve tüm optik ders kitaplarına dahil edildi. İnsan rahat bir nefes alabilirdi: Sonunda bu kadar tanıdık ama bir o kadar da gizemli bir olguya ilişkin bir açıklama bulunmuştu.
1907'de ünlü bir bilimsel derginin sayfalarında şu sorunun yeniden sorulması daha da şaşırtıcı: Gökyüzü neden mavi?!
Anlaşmazlık
Genel kabul görmüş Rayleigh teorisini sorgulamaya kim cesaret etti?
İşin tuhafı, bu kişi Rayleigh'in en ateşli hayranlarından ve hayranlarından biriydi. Belki de hiç kimse Rayleigh'i onun kadar takdir etmedi ve anlamadı, onun çalışmalarını bu kadar iyi bilmiyordu ve onun bilimsel çalışmalarıyla genç Rus fizikçi Leonid Mandelstam kadar ilgilenmiyordu.
Başka bir Sovyet bilim adamı Akademisyen N.D. daha sonra "Leonid Isaakovich'in zihninin karakteri" diye hatırladı. Papaleksi'nin Rayleigh ile pek çok ortak noktası vardı. Ve onların yöntemleri tesadüf değil bilimsel yaratıcılık genellikle paralel yürüdüler ve birkaç kez birbirlerini geçtiler.
Bu sefer de gökyüzünün renginin kökeni sorusu üzerine haç çıkardılar. Bundan önce Mandelstam esas olarak radyo mühendisliğiyle ilgileniyordu. Yüzyılımızın başlarında kesinlikle yeni alan bilim ve çok az insan bunu anladı. A.S.'nin keşfinden sonra. Popov (1895'te) yalnızca birkaç yıl geçti ve işin sonu gelmedi. Kısa bir süre içinde Mandelstam, radyo mühendisliği cihazlarıyla ilgili elektromanyetik salınımlar alanında birçok ciddi araştırma gerçekleştirdi. 1902'de tezini savundu ve yirmi üç yaşındayken Strasbourg Üniversitesi'nden Doğa Felsefesi Doktoru unvanını aldı.
Mandelstam, radyo dalgalarının uyarılması sorunlarıyla uğraşırken doğal olarak bu çalışmada tanınmış bir otorite olan Rayleigh'in çalışmalarını da inceledi. salınımlı süreçler. Ve genç doktor kaçınılmaz olarak gökyüzünü renklendirme sorunuyla tanıştı.
Ancak gökyüzünün rengi meselesiyle tanışan Mandelstam, Rayleigh'in genel kabul görmüş moleküler ışık saçılımı teorisinin yanlışlığını veya kendisinin de söylediği gibi "yetersizliğini" göstermekle kalmadı, yalnızca sırrı ortaya çıkarmakla kalmadı. gökyüzünün mavi renginin ortaya çıkmasıyla birlikte, aynı zamanda şu araştırmalardan birine yol açan araştırmanın da temelini attı: en önemli keşifler XX yüzyılın fiziği.
Her şey, en büyük fizikçilerden biri olan kuantum teorisinin babası M. Planck ile gıyaben yaşanan bir tartışmayla başladı. Mandelstam, Rayleigh'in teorisiyle tanıştığında, suskunluğu ve iç paradokslarıyla onu büyüledi; genç fizikçiyi şaşırtacak şekilde, yaşlı, oldukça deneyimli Rayleigh bunu fark etmedi. Rayleigh'in teorisinin yetersizliği, özellikle Planck'ın, ışığın optik olarak homojen şeffaf bir ortamdan geçerken zayıflamasını açıklamak için temel aldığı başka bir teoriyi analiz ederken açıkça ortaya çıktı.
Bu teoride ışığın içinden geçtiği madde moleküllerinin ikincil dalga kaynakları olduğu esas alınmıştır. Planck, bu ikincil dalgaları yaratmak için, geçen dalganın enerjisinin bir kısmının harcandığını ve bunun da zayıflatıldığını savundu. Bu teorinin Rayleigh moleküler saçılma teorisine dayandığını ve onun otoritesine dayandığını görüyoruz.
Maddenin mahiyetini anlamanın en kolay yolu su yüzeyindeki dalgalara bakmaktır. Bir dalga sabit veya yüzen nesnelerle (kazıklar, kütükler, tekneler vb.) karşılaşırsa, bu nesnelerden her yöne küçük dalgalar saçılır. Bu saçılmadan başka bir şey değil. Gelen dalganın enerjisinin bir kısmı, optikteki dağınık ışığa oldukça benzeyen, heyecan verici ikincil dalgalara harcanır. Bu durumda, ilk dalga zayıflar ve kaybolur.
Yüzen nesneler suyun içinde ilerleyen dalga boyundan çok daha küçük olabilir. Küçük taneler bile ikincil dalgalara neden olur. Elbette parçacık boyutu küçüldükçe oluşturdukları ikincil dalgalar zayıflar ama yine de ana dalganın enerjisini alıp götüreceklerdir.
Bu, Planck'ın bir gazın içinden geçen bir ışık dalgasının zayıflama sürecini kabaca böyle hayal etmesiydi, ancak teorisinde taneciklerin rolü gaz molekülleri tarafından oynanıyordu.
Mandelstam, Planck'ın bu çalışmasıyla ilgilenmeye başladı.
Mandelstam'ın düşünce dizisi su yüzeyindeki dalgalar örneğiyle de açıklanabilir. Sadece daha dikkatli bakmanız gerekiyor. Yani su yüzeyinde yüzen küçük tanecikler bile ikincil dalgaların kaynağıdır. Peki bu taneler suyun tüm yüzeyini kaplayacak kadar kalın dökülürse ne olur? Daha sonra, çok sayıda taneciğin neden olduğu bireysel ikincil dalgaların, dalgaların yanlara ve geriye doğru uzanan kısımlarını tamamen söndürecek ve saçılmanın duracağı şekilde toplanacağı ortaya çıkacaktır. Geriye kalan tek şey ileriye doğru koşan bir dalgadır. Hiç zayıflamadan ileriye doğru koşacaktır. Tahıl kütlesinin tamamının varlığının tek sonucu, birincil dalganın yayılma hızında hafif bir azalma olacaktır. Tüm bunların, taneciklerin su yüzeyinde sabit mi yoksa hareketli mi olduğuna bağlı olmaması özellikle önemlidir. Tahılların agregası, suyun yüzeyinde bir yük görevi görecek ve üst katmanının yoğunluğunu değiştirecektir.
Mandelstam, havadaki molekül sayısının ışığın dalga boyu kadar küçük bir alanda bile çok fazla molekül oluşturacak kadar büyük olması durumu için matematiksel bir hesaplama yaptı. büyük sayı moleküller. İkincil olduğu ortaya çıktı ışık dalgaları Kaotik olarak hareket eden bireysel moleküller tarafından uyarılan dalgalar, tanecikli örnekteki dalgalarla aynı şekilde toplanır. Bu, bu durumda ışık dalgasının saçılmadan ve zayıflamadan, ancak biraz daha düşük bir hızda yayıldığı anlamına gelir. Bu, saçılan parçacıkların hareketinin her durumda dalgaların saçılmasını sağladığına inanan Rayleigh'in teorisini çürüttü ve dolayısıyla Planck'ın buna dayanan teorisini çürüttü.
Böylece saçılma teorisinin temelinde kum keşfedildi. Görkemli binanın tamamı sallanmaya başladı ve çökme tehlikesiyle karşı karşıya kaldı.
Tesadüf
Peki Loschmidt sayısını gökyüzünün mavi parıltısının ölçümlerinden belirlemeye ne dersiniz? Sonuçta deneyimler Rayleigh'in saçılma teorisini doğruladı!
Mandelstam 1907'de "Optik Olarak Homojen ve Bulanık Medya Üzerine" adlı çalışmasında "Bu tesadüfün tesadüfi olduğu düşünülmelidir" diye yazmıştı.
Mandelstam, moleküllerin rastgele hareketinin bir gazı homojen hale getiremeyeceğini gösterdi. Aksine, gerçek gazda her zaman kaotik bir durum sonucu oluşan küçük seyrelmeler ve sıkışmalar vardır. termal hareket. Havanın optik homojenliğini bozdukları için ışığın dağılmasına neden olan onlardır. Aynı çalışmada Mandelstam şunu yazdı:
"Eğer ortam optik olarak homojen değilse, genel olarak konuşursak, gelen ışık da yanlara doğru dağılacaktır."
Ancak kaotik hareket sonucu ortaya çıkan homojensizliklerin boyutları ışık dalgalarının uzunluğundan küçük olduğundan spektrumun mor ve mavi kısımlarına karşılık gelen dalgalar ağırlıklı olarak saçılacaktır. Bu da özellikle gökyüzünün mavi rengine yol açıyor.
Böylece masmavi gökyüzünün bilmecesi nihayet çözüldü. Teorik kısım Rayleigh tarafından geliştirildi. Saçıcıların fiziksel doğası Mandelstam tarafından belirlendi.
Mandelstam'ın büyük değeri, bir gazın mükemmel homojenliği varsayımının, içindeki ışığın saçılması gerçeğiyle bağdaşmadığını kanıtlaması gerçeğinde yatmaktadır. Gökyüzünün mavi renginin gazların homojenliğinin sadece görünüşte olduğunu kanıtladığını fark etti. Daha kesin olarak, gazlar yalnızca barometre, terazi veya aynı anda milyarlarca molekülden etkilenen diğer aletler gibi kaba aletlerle incelendiğinde homojen görünür. Ancak ışık huzmesi, yalnızca onbinlerce olarak ölçülen, kıyaslanamayacak kadar küçük miktarlardaki molekülleri algılar. Ve bu, gazın yoğunluğunun sürekli olarak küçük yerel değişikliklere maruz kaldığını şüpheye yer bırakmayacak şekilde kanıtlamak için yeterlidir. Dolayısıyla bizim “kaba” bakış açımıza göre homojen olan bir ortam gerçekte heterojendir. "Işık açısından" bulutlu görünür ve bu nedenle ışığı dağıtır.
Moleküllerin termal hareketinden kaynaklanan, bir maddenin özelliklerinde meydana gelen rastgele yerel değişikliklere artık dalgalanmalar adı verilmektedir. Moleküler ışık saçılımının dalgalanma kökenini aydınlatan Mandelstam, maddeyi incelemek için yeni bir yöntemin yolunu açtı - daha sonra Smoluchowski, Lorentz, Einstein ve kendisi tarafından yeni ve büyük bir fizik bölümünde geliştirilen dalgalanma veya istatistiksel yöntem. istatistiksel fizik.
Gökyüzü parıldamalı!
Böylece gökyüzünün mavi renginin sırrı ortaya çıktı. Ancak ışık saçılımı üzerine yapılan çalışmalar burada bitmedi. Hava yoğunluğundaki neredeyse algılanamayan değişikliklere dikkat çeken ve gökyüzünün rengini ışığın dalgalı saçılımıyla açıklayan Mandelstam, keskin bir bilim adamı anlayışıyla, bu sürecin yeni, daha da incelikli bir özelliğini keşfetti.
Sonuçta havanın homojen olmaması yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalardan kaynaklanmaktadır. Bu rastgele homojensizliklerin büyüklüğü ve kümelerin yoğunluğu zamanla değişir. Bu nedenle bilim adamı, saçılan ışığın yoğunluğunun (gücünün) de zamanla değişmesi gerektiğini düşündü! Sonuçta molekül kümeleri ne kadar yoğunsa, üzerlerine saçılan ışık da o kadar yoğun olur. Ve bu kümeler düzensiz bir şekilde görünüp kaybolduğu için, basitçe söylemek gerekirse gökyüzünün parıldaması gerekir! Parıltısının gücü ve rengi her zaman değişmelidir (ancak çok zayıf bir şekilde)! Peki hiç kimse böyle bir titremeyi fark etti mi? Tabii ki değil.
Bu etki o kadar hafiftir ki çıplak gözle fark edemezsiniz.
Bilim adamlarının hiçbiri gökyüzünün ışıltısında da böyle bir değişiklik gözlemlemedi. Mandelstam'ın teorisinin sonuçlarını doğrulama fırsatı yoktu. Karmaşık deneylerin organizasyonu başlangıçta kötü koşullar nedeniyle engellendi Çarlık Rusyası ve ardından devrimin ilk yıllarının zorlukları, dış müdahale ve iç savaş.
1925'te Mandelstam, Moskova Üniversitesi'nde bölüm başkanı oldu. Burada seçkin bilim adamı ve yetenekli deneyci Grigory Samuilovich Landsberg ile tanıştı. Ve böylece derin dostluk ve ortak bağla bağlıyız bilimsel ilgi alanları, dağınık ışığın zayıf ışınlarında saklı sırlara saldırmaya birlikte devam ettiler.
O yıllarda üniversitenin optik laboratuvarları aletler açısından hâlâ çok zayıftı. Üniversitede gökyüzünün titremesini ya da teorinin bu titremenin sonucu olduğunu öngördüğü olay ve saçılan ışık frekanslarındaki küçük farklılıkları tespit edebilecek tek bir cihaz yoktu.
Ancak bu durum araştırmacıları durdurmadı. Gökyüzünü taklit etme fikrinden vazgeçtiler laboratuvar koşulları. Bu, zaten incelikli olan deneyimi daha da karmaşık hale getirmekten başka bir işe yaramaz. Beyaz karmaşık ışığın saçılımını değil, kesin olarak tanımlanmış bir frekanstaki ışınların saçılımını incelemeye karar verdiler. Gelen ışığın frekansını tam olarak bilirlerse, saçılma sırasında ortaya çıkması gereken ona yakın frekansları aramak çok daha kolay olacaktır. Buna ek olarak teori, gözlem yapmanın daha kolay olduğunu öne sürüyordu. katılarçünkü içlerindeki moleküller gazlardan çok daha yakın konumlandırılmıştır ve madde ne kadar yoğun olursa saçılma da o kadar büyük olur.
En uygun malzemeler için özenli bir araştırma başladı. Sonunda seçim kuvars kristallerine düştü. Basitçe, büyük berrak kuvars kristallerinin diğerlerinden daha uygun fiyatlı olması nedeniyle.
İki yıl sürdü hazırlık deneyleri, kristallerin en saf örnekleri seçildi, teknik geliştirildi, kuvars molekülleri üzerindeki saçılmayı, rastgele kapanımlar, kristal homojensizlikleri ve safsızlıklar üzerindeki saçılmadan tartışmasız bir şekilde ayırmanın mümkün olduğu işaretler oluşturuldu.
Zeka ve çalışma
Güçlü ekipmanlara sahip olmadan spektral analiz Bilim adamları, mevcut araçların kullanılmasını mümkün kılacak ustaca bir geçici çözüm seçtiler.
Bu çalışmadaki temel zorluk, moleküler saçılmanın neden olduğu zayıf ışığın, deneyler için elde edilen kristal numunelerindeki küçük safsızlıklar ve diğer kusurlar tarafından saçılan çok daha güçlü ışıkla üst üste gelmesiydi. Araştırmacılar, kristaldeki kusurlar ve kurulumun çeşitli yerlerinden gelen yansımalar nedeniyle oluşan dağınık ışığın, gelen ışığın frekansıyla tam olarak eşleştiği gerçeğinden yararlanmaya karar verdiler. Onlar sadece Mandelstam'ın teorisine uygun olarak frekansı değişen ışıkla ilgileniyorlardı. Dolayısıyla görev, bunun arka planına karşı çok daha fazlasını yapmaktı. parlak ışık Moleküler saçılmanın neden olduğu değişen frekanstaki ışığı vurgulayın.
Saçılan ışığın tespit edilebilecek büyüklükte olduğundan emin olmak için bilim adamları kuvarsı ellerinde bulunan en güçlü aydınlatma cihazıyla aydınlatmaya karar verdiler: cıva lambası.
Bu nedenle, kristalde dağılan ışık iki bölümden oluşmalıdır: moleküler saçılma nedeniyle değişen frekansta zayıf ışık (bu bölümün incelenmesi bilim adamlarının hedefiydi) ve dış nedenlerden kaynaklanan, değişmeyen frekansta çok daha güçlü ışık ( bu kısım zararlıydı, araştırmayı zorlaştırıyordu).
Yöntemin fikri basitliği nedeniyle çekiciydi: sabit frekanstaki ışığı absorbe etmek ve yalnızca değişen frekanstaki ışığı spektral aparata geçirmek gerekir. Ancak frekans farklılıkları yüzde binde sadece birkaçı kadardı. Dünyadaki hiçbir laboratuvarda bu kadar yakın frekansları ayırabilecek bir filtre yoktu. Ancak bir çözüm bulundu.
Dağınık ışık, cıva buharı içeren bir kaptan geçti. Sonuç olarak, tüm "zararlı" ışık kabın içinde "sıkışmış" ve "yararlı" ışık gözle görülür bir zayıflama olmadan içinden geçmiştir. Deneyciler zaten bilinen bir durumdan yararlandılar. Kuantum fiziğinin iddia ettiği gibi, bir madde atomu yalnızca çok spesifik frekanslarda ışık dalgaları yayma yeteneğine sahiptir. Bu atom aynı zamanda ışığı absorbe etme özelliğine de sahiptir. Üstelik yalnızca kendisinin yayabileceği frekanslardaki ışık dalgaları.
Bir cıva lambasında ışık, lambanın içinde meydana gelen bir elektrik deşarjının etkisi altında parlayan cıva buharı tarafından yayılır. Bu ışık, içinde cıva buharı bulunan bir kaptan geçirilirse neredeyse tamamen emilecektir. Teorinin öngördüğü şey gerçekleşecek: Kaptaki cıva atomları, lambadaki cıva atomlarının yaydığı ışığı emecek.
Neon lamba gibi diğer kaynaklardan gelen ışık, cıva buharından zarar görmeden geçecektir. Cıva atomları buna dikkat bile etmeyecektir. Dünyanın o kısmı bile absorbe edilemeyecek cıva lambası dalga boyunda bir değişiklikle kuvarsta saçılan.
Mandelstam ve Landsberg'in yararlandığı işte bu uygun durumdu.
İnanılmaz keşif
1927'de belirleyici deneyler başladı. Bilim insanları bir kuvars kristalini cıva lambasının ışığıyla aydınlattılar ve sonuçları işlediler. Ve... şaşırdılar.
Deneyin sonuçları beklenmedik ve olağandışıydı. Bilim adamlarının keşfettiği şey hiç de bekledikleri şey değildi, teorinin öngördüğü şey de değildi. Tamamen yeni bir fenomen keşfettiler. Ama hangisi? Peki bu bir hata değil mi? Dağınık ışık beklenen frekansları ortaya çıkarmadı ancak çok daha yüksek ve daha düşük frekansları ortaya çıkardı. Kuvars üzerine gelen ışıkta mevcut olmayan, dağınık ışık spektrumunda tam bir frekans kombinasyonu ortaya çıktı. Görünüşlerini kuvarstaki optik homojensizliklerle açıklamak kesinlikle imkansızdı.
Kapsamlı bir kontrol başladı. Deneyler kusursuz bir şekilde gerçekleştirildi. O kadar esprili, mükemmel ve yaratıcı tasarlanmışlardı ki, insan onlara hayranlık duymadan edemiyordu.
– Leonid Isaakovich bazen çok zor problemleri çok güzel, bazen de dahiyane bir şekilde basit bir şekilde çözdü teknik sorunlar, her birimiz istemeden şu soruyu sorduk: "Bu neden daha önce aklıma gelmedi?" - çalışanlardan biri diyor.
Çeşitli kontrol deneyleriısrarla hiçbir hata olmadığını doğruladı. Dağınık ışık spektrumunun fotoğraflarında, zayıf ama yine de oldukça belirgin çizgiler ısrarla ortaya çıktı ve bu, dağınık ışıkta "ekstra" frekansların varlığını gösteriyor.
Bilim insanları aylardır bu fenomene bir açıklama arıyorlardı. Dağınık ışıkta “yabancı” frekanslar nerede ortaya çıktı?!
Ve Mandelstam'ın inanılmaz bir tahminle şaşkına döndüğü gün geldi. Bu inanılmaz bir keşifti ve şu anda 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olarak kabul ediliyor.
Ancak hem Mandelstam hem de Landsberg, bu keşfin ancak sağlam bir kontrolün ardından, olgunun derinliklerine kapsamlı bir şekilde nüfuz edilmesinin ardından yayınlanabileceği konusunda oybirliğiyle karara vardı. Son denemeler başladı.
Güneşin yardımıyla
16 Şubat'ta Hintli bilim adamları C.N. Raman ve K.S. Krishnan, Kalküta'dan bu dergiye, keşiflerinin kısa bir tanımını içeren bir telgraf gönderdi.
O yıllarda dünyanın dört bir yanından Nature dergisine çeşitli keşiflerle ilgili mektuplar akın ediyordu. Ancak her mesajın bilim insanları arasında heyecan yaratacağı söylenemez. Hintli bilim adamlarının mektubuyla ilgili konu ortaya çıktığında fizikçiler büyük heyecan yaşadı. Yalnızca notun başlığı “ Yeni tip ikincil radyasyon” – ilgi uyandırdı. Sonuçta optik en eski bilimlerden biridir; 20. yüzyılda optikte bilinmeyen bir şeyi keşfetmek çoğu zaman mümkün olmuyordu.
Dünyanın her yerindeki fizikçilerin Kalküta'dan gelecek yeni mektupları ne kadar büyük bir ilgiyle beklediklerini tahmin etmek mümkündür.
İlgileri büyük ölçüde keşfin yazarlarından biri olan Raman'ın kişiliğinden kaynaklanıyordu. Bu, ilginç bir kaderi olan ve Einstein'ınkine çok benzeyen olağanüstü bir biyografiye sahip bir adam. Einstein gençliğinde basit bir spor salonu öğretmeni ve ardından patent ofisinin bir çalışanıydı. Bu dönemde eserlerinin en önemlisini tamamladı. Parlak bir fizikçi olan Raman da üniversiteden mezun olduktan sonra finans bölümünde on yıl görev yapmak zorunda kaldı ve ancak bundan sonra Kalküta Üniversitesi bölümüne davet edildi. Raman kısa sürede Hint fizikçiler okulunun tanınmış başkanı oldu.
Anlatılan olaylardan kısa bir süre önce Raman ve Krishnan ilginç bir görevle ilgilenmeye başladılar. O zamanlar, 1923'te Amerikalı fizikçi Compton'un keşfinin neden olduğu tutku henüz azalmamıştı; o, X ışınlarının maddeden geçişini incelerken, bu ışınların bazılarının orijinal yönden uzaklaşarak arttığını keşfetti. onların dalga boyu. Optik diline tercüme edersek, bir maddenin molekülleriyle çarpışan X ışınlarının "renklerini" değiştirdiğini söyleyebiliriz.
Bu olgu yasalarla kolaylıkla açıklanıyordu kuantum fiziği. Dolayısıyla Compton'un keşfi, genç kuantum teorisinin doğruluğunun kesin kanıtlarından biriydi.
Benzer bir şeyi denemeye karar verdik ama optikte. Hintli bilim adamları tarafından keşfedildi. Işığı bir maddeden geçirerek ışınlarının maddenin molekülleri üzerinde nasıl dağılacağını ve dalga boylarının değişip değişmeyeceğini görmek istiyorlardı.
Gördüğünüz gibi Hintli bilim adamları isteyerek ya da istemeyerek Sovyet bilim adamlarıyla aynı görevi kendilerine yüklediler. Ama amaçları farklıydı. Kalküta'da Compton etkisinin optik bir benzetmesini arıyorlardı. Moskova'da - Mandelstam'ın, ışık dalgalanan homojensizlikler nedeniyle saçıldığında frekanstaki değişime ilişkin tahmininin deneysel olarak doğrulanması.
Raman ve Krishnan karmaşık bir deney tasarladılar çünkü beklenen etki son derece küçüktü. Deney çok parlak bir ışık kaynağı gerektiriyordu. Daha sonra bir teleskop kullanarak ışınlarını toplayarak güneşi kullanmaya karar verdiler.
Merceğinin çapı on sekiz santimetreydi. Araştırmacılar toplanan ışığı bir prizma aracılığıyla toz ve diğer kirletici maddelerden tamamen temizlenmiş sıvı ve gaz içeren kaplara yönlendirdiler.
Ancak neredeyse tüm olası dalga boylarını içeren beyaz güneş ışığını kullanarak, dağınık ışığın beklenen küçük dalga boyu uzantısını tespit etmek umutsuzdu. Bu nedenle bilim adamları ışık filtreleri kullanmaya karar verdiler. Merceğin önüne mavi-mor bir filtre yerleştirdiler ve sarı-yeşil bir filtre aracılığıyla saçılan ışığı gözlemlediler. İlk filtrenin geçmesine izin verdiği şeyin ikinci filtrede sıkışıp kalacağına haklı olarak karar verdiler. Sonuçta sarı-yeşil filtre, ilk filtrenin aktardığı mavi-mor ışınları emer. Ve her ikisi de arka arkaya yerleştirildiğinde gelen ışığın tamamını absorbe etmelidir. Bazı ışınlar gözlemcinin gözüne düşerse, bunların olay ışığında olmadıklarını, incelenen maddede doğduklarını güvenle söylemek mümkün olacaktır.
Kolomb
Aslında Raman ve Krishnan, dağınık ışıkta ikinci filtreden geçen ışınları tespit etti. Ekstra frekanslar kaydettiler. Bu prensipte optik Compton etkisi olabilir. Yani mavi-mor ışık, damarlarda bulunan bir maddenin molekülleri üzerine saçıldığında renk değiştirip sarı-yeşile dönebiliyordu. Ancak bunun yine de kanıtlanması gerekiyordu. Sarı-yeşil ışığın ortaya çıkmasına neden olan başka nedenler de olabilir. Örneğin, ışığın, ısının ve diğer nedenlerin etkisi altında sıvılarda ve katılarda sıklıkla görülen hafif bir parıltı olan lüminesansın bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Açıkçası bir şey vardı; bu ışık yeniden doğmuştu, düşen ışıkta sınırlı değildi.
Bilim insanları deneylerini altı farklı sıvı ve iki tür buharla tekrarladılar. Burada ne lüminesansın ne de başka nedenlerin bir rol oynamadığına inanıyorlardı.
Görünür ışığın dalga boyunun madde içinde dağıldığında arttığı gerçeği Raman ve Krishnan'a göre sabit görünüyordu. Görünüşe göre arayışları başarı ile taçlandırılmıştı. Compton etkisinin optik bir analogunu keşfettiler.
Ancak deneylerin tamamlanmış bir şekle sahip olması ve sonuçların yeterince ikna edici olması için çalışmanın bir bölümünün daha yapılması gerekiyordu. Dalga boyundaki bir değişikliği tespit etmek yeterli değildi. Bu değişimin büyüklüğünü ölçmek gerekiyordu. İlk adıma bir ışık filtresi yardımcı oldu. İkincisini yapacak gücü yoktu. Burada bilim adamlarının, incelenen ışığın dalga boyunu ölçmelerine olanak tanıyan bir cihaz olan bir spektroskopa ihtiyacı vardı.
Ve araştırmacılar, daha az karmaşık ve özenli olmayan ikinci bölüme başladılar. Ama aynı zamanda beklentilerini de karşıladı. Sonuçlar, çalışmanın ilk bölümünün sonuçlarını bir kez daha doğruladı. Ancak dalga boyunun beklenmedik derecede uzun olduğu ortaya çıktı. Beklenenden çok daha fazlası. Bu durum araştırmacıları rahatsız etmedi.
Burada Columbus'u nasıl hatırlamayız? Hindistan'a giden bir deniz yolu bulmaya çalıştı ve karayı gördükten sonra amacına ulaştığından hiç şüphesi yoktu. Kızıl sakinleri ve Yeni Dünya'nın alışılmadık doğasını görünce kendine olan güveninden şüphe etmek için bir nedeni var mıydı?
Öyle değil mi Raman ve Krishnan Compton etkisini keşfetmeyi amaçlıyorlar? görünür ışık, sıvı ve gazlardan geçen ışığı inceleyerek bunu bulduklarına mı karar verdiler? Ölçümler, saçılan ışınların dalga boyunda beklenmedik derecede daha büyük bir değişiklik gösterdiğinde şüphelendiler mi? Keşiflerinden hangi sonucu çıkardılar?
Hintli bilim adamlarına göre aradıklarını buldular. 23 Mart 1928'de "Compton etkisinin optik analojisi" başlıklı makalenin yer aldığı bir telgraf Londra'ya uçtu. Bilim insanları şunu yazdı: "Dolayısıyla Compton etkisinin optik analojisi açıktır, ancak dalga boyunda çok daha büyük bir değişiklikle karşı karşıyayız..." Not: "çok daha büyük..."
Atomların dansı
Raman ve Krishnan'ın çalışmaları bilim adamları arasında alkışlarla karşılandı. Herkes haklı olarak deneysel sanatına hayran kaldı. Bu keşif için Raman'a 1930'da Nobel Ödülü verildi.
Hintli bilim adamlarından gelen mektuba ek olarak, gelen ışığın frekansını ve maddenin moleküllerine saçılan ışığı gösteren çizgilerin yerini aldığı spektrumun bir fotoğrafı da vardı. Raman ve Krishnan'a göre bu fotoğraf, keşiflerini her zamankinden daha net bir şekilde gösteriyordu.
Mandelstam ve Landsberg bu fotoğrafa baktıklarında ellerine geçen fotoğrafın neredeyse birebir kopyasını gördüler! Ancak onun açıklamasını öğrendikten sonra Raman ve Krishnan'ın yanıldığını hemen anladılar.
Hayır, Hintli bilim adamları Compton etkisini keşfetmediler, ama tamamen farklı bir olgu, Sovyet bilim adamlarının uzun yıllardır üzerinde çalıştıkları olayın aynısı...
Hintli bilim adamlarının keşfinin yarattığı heyecan büyürken, Mandelstam ve Landsberg kontrol deneylerini bitiriyor ve nihai kesin sonuçları özetliyorlardı.
Ve 6 Mayıs 1928'de basılmak üzere bir makale gönderdiler. Makaleye spektrumun bir fotoğrafı eklenmiştir.
Konunun geçmişini kısaca özetleyen araştırmacılar, detaylı yorumlama keşfettikleri fenomen.
Peki pek çok bilim insanının acı çekmesine ve beyinlerini yormasına neden olan bu olay neydi?
Mandelstam'ın derin sezgisi ve açık analitik zihni, bilim adamına, dağınık ışığın frekansında tespit edilen değişikliklerin, hava yoğunluğunun rastgele tekrarlarını eşitleyen moleküller arası kuvvetlerden kaynaklanamayacağını hemen söyledi. Bilim adamı, bunun nedeninin şüphesiz maddenin moleküllerinin kendisinde yattığını, fenomenin molekülü oluşturan atomların molekül içi titreşimlerinden kaynaklandığını açıkça ortaya koydu.
Bu tür salınımlar, ortamdaki rastgele homojenliklerin oluşumu ve emilimine eşlik edenlerden çok daha yüksek bir frekansta meydana gelir. Saçılan ışığı etkileyen, moleküllerdeki atomların bu titreşimleridir. Atomlar onu işaretliyor, üzerinde iz bırakıyor ve ek frekanslarla şifreliyor gibi görünüyor.
Bu çok güzel bir tahmindi, doğanın küçük kalesi olan molekülün kordonunun ötesinde insan düşüncesine cesur bir istilaydı. Ve bu keşif, iç yapısı hakkında değerli bilgiler getirdi.
El ele
Böylece, saçılan ışığın frekansında moleküller arası kuvvetlerin neden olduğu küçük bir değişiklik tespit edilmeye çalışılırken, molekül içi kuvvetlerin neden olduğu frekansta daha büyük bir değişiklik keşfedildi.
Bu nedenle, "Işığın Raman saçılması" adı verilen yeni fenomeni açıklamak için, Mandelstam'ın yarattığı moleküler saçılma teorisini, moleküllerin içindeki atomların titreşimlerinin etkisine ilişkin verilerle desteklemek yeterliydi. Yeni fenomen, Mandelstam'ın 1918'de kendisi tarafından formüle edilen fikrinin geliştirilmesinin bir sonucu olarak keşfedildi.
Evet, Akademisyen S.I.'nin dediği gibi sebepsiz değil. Vavilov, “Doğa, Leonid Isaakovich'e, çoğunluğun kayıtsızca geçtiği ana şeyi hemen fark eden ve anlayan, tamamen alışılmadık, anlayışlı, ince bir zihinle hediye etti. Işık saçılımının dalgalanma özü bu şekilde anlaşıldı ve Raman saçılımının keşfinin temeli olan ışık saçılımı sırasında spektrumda bir değişiklik olduğu fikri bu şekilde ortaya çıktı."
Daha sonra bu keşiften çok büyük faydalar elde edildi ve değerli pratik uygulamalara kavuştu.
Keşfedildiği anda bilime yalnızca çok değerli bir katkı gibi görünüyordu.
Peki ya Raman ve Krishnan? Sovyet bilim adamlarının ve kendilerinin keşiflerine nasıl tepki verdiler? Ne keşfettiklerini anladılar mı?
Bu soruların cevabı, Sovyet bilim adamlarının makaleyi yayınlamasından 9 gün sonra Raman ve Krishnan'ın basına gönderdikleri aşağıdaki mektupta yer alıyor. Evet, gözlemledikleri olgunun Compton etkisi olmadığını anladılar. Bu, ışığın Raman saçılımıdır.
Raman ve Krishnan'ın mektupları ile Mandelstam ve Landsberg'in makalelerinin yayınlanmasından sonra, dünyanın her yerindeki bilim adamları, aynı olgunun bağımsız olarak ve neredeyse eşzamanlı olarak Moskova ve Kalküta'da üretilip çalışıldığını açıkça anladılar. Ancak Moskovalı fizikçiler onu kuvars kristallerinde, Hintli fizikçiler ise sıvılarda ve gazlarda incelediler.
Ve bu paralellik elbette tesadüfi değildi. Sorunun alaka düzeyinden ve büyük bilimsel öneminden bahsediyor. Mandelstam ve Raman'ın Nisan 1928 sonunda vardığı sonuçlara yakın sonuçların Fransız bilim adamları Rocard ve Kaban tarafından da bağımsız olarak elde edilmesi şaşırtıcı değil. Bir süre sonra bilim adamları, 1923'te Çek fizikçi Smekal'in aynı fenomeni teorik olarak öngördüğünü hatırladılar. Smekal'in çalışmasının ardından Kramers, Heisenberg ve Schrödinger'in teorik araştırmaları ortaya çıktı.
Görünüşe göre tek dezavantajı bilimsel bilgi birçok ülkeden bilim insanının farkında bile olmadan aynı sorunu çözmek için çalışmış olmasıyla açıklanabilir.
Otuz yedi yıl sonra
Raman çalışmaları sadece keşfetmedi yeni bölümışık biliminde. Aynı zamanda verdiler güçlü silah teknoloji. Alınan endüstri harika yol maddenin özelliklerini incelemek.
Sonuçta, ışığın Raman saçılımının frekansları, ışığı saçan ortamın molekülleri tarafından ışığa uygulanan izlerdir. Ve bu izler farklı maddelerde aynı değildir. Akademisyen Mandelstam'a Raman'ın ışığın saçılımını "moleküllerin dili" olarak adlandırma hakkını veren de budur. Moleküllerin ışık ışınları üzerindeki izlerini okuyabilen ve saçılan ışığın bileşimini belirleyebilenlere, moleküller bu dili kullanarak yapılarının sırlarını anlatacaklardır.
Bir Raman spektrum fotoğrafının negatifinde, değişen siyahlıktaki çizgilerden başka bir şey yoktur. Ancak bir uzman, bu fotoğraftan, maddeden geçtikten sonra saçılan ışıkta ortaya çıkan molekül içi titreşimlerin frekanslarını hesaplayacak. Resim şimdiye kadar bilinmeyen birçok tarafı anlatacak iç yaşam moleküller: yapıları hakkında, atomları moleküllere bağlayan kuvvetler hakkında, atomların göreceli hareketleri hakkında. Raman spektrogramlarını deşifre etmeyi öğrenen fizikçiler, moleküllerin kendileri hakkında söyledikleri tuhaf "ışık dilini" anlamayı öğrendiler. Böylece yeni keşif, moleküllerin iç yapısına daha derinlemesine nüfuz etmeyi mümkün kıldı.
Bugün fizikçiler sıvıların, kristallerin ve camsı maddelerin yapısını incelemek için Raman saçılımını kullanıyor. Kimyacılar bu yöntemi çeşitli bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanırlar.
Işığın Raman saçılımı olgusunu kullanarak maddeleri incelemeye yönelik yöntemler laboratuvar personeli tarafından geliştirildi. Fiziksel Enstitü adını P.N. Akademisyen Landsberg başkanlığındaki SSCB Lebedev Bilimler Akademisi.
Bu yöntemler hızlı ve doğru bir şekilde niceliksel ve doğru üretim yapılmasını mümkün kılar. niteliksel analizler havacılık benzinleri, çatlama ürünleri, petrol ürünleri ve diğer birçok karmaşık organik sıvı. Bunu yapmak için, incelenen maddeyi aydınlatmak ve onun saçtığı ışığın bileşimini belirlemek için bir spektrograf kullanmak yeterlidir. Çok basit görünüyor. Ancak bu yöntemin gerçekten kullanışlı ve hızlı olduğu ortaya çıkmadan önce bilim adamlarının doğru, hassas ekipmanlar oluşturmak için çok çalışması gerekiyordu. İşte nedeni.
İncelenen maddeye giren toplam ışık enerjisi miktarının yalnızca önemsiz bir kısmı (yaklaşık on milyarda biri) dağınık ışığın payını oluşturur. Ve Raman saçılımı nadiren bu değerin yüzde iki veya üçünü bile oluşturur. Görünüşe göre Raman'ın saçılmasının uzun süre fark edilmemesinin nedeni budur. İlk Raman fotoğraflarının elde edilmesinin onlarca saat süren pozlama gerektirmesi şaşırtıcı değil.
Ülkemizde oluşturulan modern ekipmanlar Raman spektrumunun elde edilmesini mümkün kılmaktadır. saf maddeler birkaç dakika, hatta bazen saniyeler içinde! Bireysel maddelerin yüzde birkaç oranında mevcut olduğu karmaşık karışımların analizi için bile, bir saatten fazla olmayan bir maruz kalma süresi genellikle yeterlidir.
Fotoğraf plakalarına kaydedilen moleküllerin dilinin Mandelstam ve Landsberg, Raman ve Krishnan tarafından keşfedilip deşifre edilmesinin ve anlaşılmasının üzerinden otuz yedi yıl geçti. O zamandan bu yana, gözlükçülerin Raman frekansları kataloğu adını verdiği molekül dilinin bir "sözlüğünü" derlemek için dünya çapında yoğun çalışmalar yapılıyor. Böyle bir katalog derlendiğinde, spektrogramların kodunun çözülmesi büyük ölçüde kolaylaşacak ve Raman saçılımı, bilim ve endüstrinin daha da kapsamlı bir şekilde hizmetinde olacaktır.
Rüzgar güzel mavi gökyüzüne beyaz tüylü şeffaf bir pelerin fırlattığında, insanlar giderek daha sık yukarı bakmaya başlar. Aynı zamanda gümüş yağmur iplikleriyle büyük gri bir kürk manto da giyerse, etrafındakiler şemsiyelerin altında ondan saklanır. Kıyafet koyu mor ise herkes evde oturuyor ve güneşli mavi gökyüzünü görmek istiyor.
Ve ancak güneşin altın ışınlarıyla süslenmiş göz kamaştırıcı mavi bir elbise giyen uzun zamandır beklenen güneşli mavi gökyüzü göründüğünde, insanlar sevinir ve gülümseyerek, güzel hava beklentisiyle evlerinden ayrılırlar.
Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu çok eski zamanlardan beri insan aklını endişelendirmiştir. Yunan efsaneleri cevabını buldu. Bu rengin kendisine en saf kaya kristali tarafından verildiğini iddia ettiler.
Leonardo da Vinci ve Goethe zamanında gökyüzünün neden mavi olduğu sorusuna da cevap aradılar. Gökyüzünün mavi renginin ışığın karanlığın karışımıyla elde edildiğine inanıyorlardı. Ancak daha sonra bu teori savunulamaz olduğu gerekçesiyle reddedildi, çünkü bu renkleri birleştirerek yalnızca gri spektrumun tonlarını elde edebileceğiniz, ancak rengi elde edemeyeceğiniz ortaya çıktı.
Bir süre sonra gökyüzünün neden mavi olduğu sorusunun cevabı 18. yüzyılda Marriott, Bouguer ve Euler tarafından açıklanmaya çalışıldı. Bunun, havayı oluşturan parçacıkların doğal rengi olduğuna inanıyorlardı. Bu teori bir sonraki yüzyılın başında bile popülerdi, özellikle de şu tespit edildiğinde: sıvı oksijen– mavi ve sıvı ozon – mavi tonları.
Az çok mantıklı bir fikir ortaya atan ilk kişi Saussure'dü; eğer hava tamamen saf olsaydı, yabancı maddeler olmadan gökyüzünün siyah olacağını öne sürdü. Ancak atmosfer çeşitli unsurlar içerdiğinden (örneğin buhar veya su damlaları), rengi yansıtarak gökyüzüne istenilen gölgeyi verir.
Bundan sonra bilim adamları gerçeğe giderek yaklaşmaya başladı. Arago, gökyüzünden seken dağınık ışığın özelliklerinden biri olan kutuplaşmayı keşfetti. Fizik kesinlikle bu keşifte bilim adamına yardımcı oldu. Daha sonra diğer araştırmacılar bu sorunun cevabını aramaya başladı. Aynı zamanda, gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu bilim adamları için o kadar ilginçti ki, bunu bulmak için çok sayıda farklı deney yapıldı ve bu da mavi rengin ortaya çıkmasının ana nedeninin mavi olduğu fikrine yol açtı. Güneşimizin ışınlarının atmosferde dağıldığını.
Açıklama
Moleküler ışık saçılımına matematiksel temelli bir cevap üreten ilk kişi İngiliz araştırmacı Rayleigh'di. Işığın atmosferdeki yabancı maddeler nedeniyle değil, bizzat hava molekülleri nedeniyle dağıldığını varsaydı.
Teorisi geliştirildi ve bilim adamlarının vardığı sonuç bu. Güneş ışınları, gezegenin hava zarfı olarak adlandırılan atmosferi (kalın hava tabakası) aracılığıyla Dünya'ya ulaşır. Karanlık gökyüzü, tamamen şeffaf olmasına rağmen boş olmayan, nitrojen (%78) ve oksijen (%21) gibi gaz moleküllerinden ve ayrıca su damlacıklarından, buhardan, buz kristallerinden ve küçük parçacıklardan oluşan havayla doludur. parçalar sert malzeme
(örneğin toz parçacıkları, kurum, kül, okyanus tuzu vb.). Bazı ışınlar gaz molekülleri arasından serbestçe geçmeyi başarır, onları tamamen atlar ve bu nedenle gezegenimizin yüzeyine hiçbir değişiklik olmadan ulaşır, ancak çoğu ışın heyecanlanan, enerji alan ve serbest bırakılan gaz molekülleriyle çarpışır. farklı taraflar
Beyaz ışığın kendisi gökkuşağının tüm renklerinden oluşur ve çoğunlukla kendisini oluşturan parçalara ayrıldığında görülebilmektedir.
En kısa dalga boyuna sahip oldukları için spektrumun en kısa kısmı olduklarından, mavi ve mor renkleri en çok hava molekülleri saçar. Mavi bir atmosferde karıştırıldığında ve mor çiçekler
biraz kırmızı, sarı ve yeşille gökyüzü mavi “parlamaya” başlar. Gezegenimizin atmosferi homojen olmayıp farklı olduğundan (Dünya yüzeyine yakın yerlerde yukarıya göre daha yoğundur), farklı yapı ve özelliklerinde mavi renk tonlarını gözlemleyebiliriz. Gün batımından veya gün doğumundan önce, güneş ışınlarının uzunluğu önemli ölçüde arttığında, mavi ve mor renkler
atmosferde dağılır ve kesinlikle gezegenimizin yüzeyine ulaşmaz. Bu dönemde gökyüzünde gözlemlediğimiz sarı-kırmızı dalgalar başarıyla ulaşıyor.
Geceleri güneş ışınları gezegenin belli bir noktasına ulaşamayınca oradaki atmosfer şeffaflaşıyor ve “siyah” uzayı görüyoruz. Atmosferin üstündeki astronotlar bunu tam olarak böyle görüyor. Astronotların şanslı olduğunu belirtmekte fayda var, çünkü dünya yüzeyinden 15 km'den fazla yüksekte olduklarında gün içinde Güneş'i ve yıldızları aynı anda gözlemleyebiliyorlar.
Diğer gezegenlerdeki gökyüzünün rengi
Gökyüzünün rengi büyük ölçüde atmosfere bağlı olduğundan, farklı gezegenlerde farklı renklerde olması şaşırtıcı değildir. Satürn'ün atmosferinin gezegenimizle aynı renkte olması ilginçtir. Uranüs'ün gökyüzü çok güzel bir deniz mavisi rengindedir. Atmosferi esas olarak helyum ve hidrojenden oluşur. Ayrıca kırmızıyı tamamen emip yeşil ve mavi renkleri dağıtan metan da içerir. Mavi renk
Neptün'ün gökyüzü: Bu gezegenin atmosferi bizimki kadar helyum ve hidrojen içermiyor, ancak kırmızı ışığı nötralize eden çok fazla metan var.
Dünya'nın uydusu Ay'ın yanı sıra Merkür ve Plüton'da da atmosfer tamamen yoktur, bu nedenle ışık ışınları yansıtılmaz, dolayısıyla buradaki gökyüzü siyahtır ve yıldızlar kolayca ayırt edilebilir. Güneş ışınlarının mavi ve yeşil renkleri Venüs'ün atmosferi tarafından tamamen emilir ve Güneş ufka yaklaştığında gökyüzü sarı renkte olur. Gökyüzünün rengi farklı eyaletler
Bu teoriye göre gökyüzünün rengi, hava moleküllerinden ve minik toz parçacıklarından defalarca yansıyan güneş ışınlarının atmosfere saçılmasıyla açıklanmaktadır. Işık dalgaları farklı uzunluklar Moleküller tarafından farklı şekilde saçılırlar: Hava molekülleri ağırlıklı olarak görünür ışığın kısa dalga boyundaki kısmını saçar. güneş spektrumu yani mavi, çivit ve mor ışınlar ve spektrumun mor kısmının yoğunluğu mavi ve mavi kısımlara göre düşük olduğundan gökyüzü mavi veya mavi görünür.
Gökyüzünün kayda değer parlaklığı, dünya atmosferinin önemli bir kalınlığa sahip olması ve ışığın çok sayıda molekül tarafından saçılmasıyla açıklanmaktadır.
Örneğin, yüksek irtifalarda, uzay aracından gözlem yaparken, atmosferin seyrekleşmiş katmanları gözlemcinin başının üzerinde kalır. daha az moleküller ışığı saçar ve dolayısıyla gökyüzünün parlaklığı azalır. Gökyüzü daha karanlık görünüyor, yüksekliği arttıkça rengi değişiyor. Gökyüzü daha koyu görünüyor, rengi rakım arttıkça koyu maviden koyu mora değişiyor. Açıkçası, daha da yüksek rakımlarda ve atmosferin dışında gökyüzü gözlemciye siyah görünür.
Hava içeriyorsa büyük sayı Nispeten büyük parçacıklar varsa, bu parçacıklar daha uzun ışık dalgaları saçarlar. Bu durumda gökyüzü beyazımsı bir renk alır. Bulutları oluşturan büyük su damlacıkları veya su kristalleri, tüm spektral renkleri yaklaşık olarak eşit şekilde dağıtır ve bu nedenle bulutlu gökyüzü soluk gri bir renge sahiptir.
Bu, meteorolojik koşulların ve Novokuznetsk şehri üzerindeki gökyüzünün buna karşılık gelen renginin kaydedildiği gözlemlerle doğrulandı.
28-29 Kasım tarihlerinde gökyüzünün rengindeki karakteristik tonlar, endüstriyel emisyonlar, sıcaklığın azalması ve rüzgar eksikliği ile havada yoğunlaşan.
Gökyüzünün rengi de karakter ve renkten etkilenir dünyanın yüzeyi atmosferik yoğunluğun yanı sıra.
Atmosfer yoğunluğunun yükseklikle azalmasının üstel yasası.
Barometrik formül genel anlamda atmosfer yoğunluğunun yükseklikle birlikte azalmasını açıklar; rüzgarı, konveksiyon akımlarını veya sıcaklık değişikliklerini hesaba katmaz. Ayrıca g ivmesinin yüksekliğe bağımlılığının ihmal edilebilmesi için yükseklik çok yüksek olmamalıdır.
Barometrik formül Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann'ın adıyla ilişkilidir. Ancak yükseklikle birlikte hava yoğunluğundaki azalmanın üstel doğasının ilk belirtileri aslında Newton'un ışığın atmosferde kırılması üzerine yaptığı çalışmalarda yer alıyordu ve geliştirilmiş bir kırılma tablosunun derlenmesinde kullanıldı.
Verilen grafikler, astronomik kırılmayı inceleme sürecinde, aşağıdakilerle ilgili fikirlerin nasıl olduğunu göstermektedir: genel karakter Yüksekliğe bağlı olarak atmosferin kırılma indisindeki değişiklikler.
- Kepler'in teorisine karşılık gelir
- Newton'un orijinal kırılma teorisi
- Atmosferde ışığın kırılmasına ilişkin rafine Newtoncu ve modern teori
Işığın atmosferde kırılması
Atmosfer optik olarak homojen olmayan bir ortamdır, dolayısıyla yörünge ışık huzmesi atmosferde her zaman bir dereceye kadar eğriseldir. Işık ışınlarının atmosferden geçerken bükülmesine ışığın atmosferde kırılması denir.
Astronomik ve karasal kırılma vardır. İlk durumda, dünyevi bir gözlemciye gelen ışık ışınlarının eğriliği gök cisimleri. İkinci durumda, gözlemciye dünyevi nesnelerden gelen ışık ışınlarının eğriliği dikkate alınır. Her iki durumda da, ışık ışınlarının bükülmesi nedeniyle gözlemci, nesneyi gerçeğe uygun olmayan bir yönde görebilir; nesne bozuk görünebilir. Bir nesneyi aslında ufkun arkasında olsa bile gözlemlemek mümkündür. Böylece ışığın kırılması dünyanın atmosferi tuhaf optik illüzyonlara yol açabilir.
Atmosferin eşit kalınlıkta optik olarak homojen bir dizi yatay katmandan oluştuğunu varsayalım; Kırılma indisi bir katmandan diğerine aniden değişir ve üst katmanlardan alt katmanlara doğru kademeli olarak artar. Bu tamamen spekülatif durum gösterilmiştir.
Gerçekte atmosferin yoğunluğu ve dolayısıyla kırılma indisi yükseklikle birlikte sıçramalarla değil sürekli olarak değişir. Bu nedenle, bir ışık ışınının yörüngesi kesikli bir çizgi değil, eğri bir çizgidir.
Şekilde gösterilen ışının gözlemciye bir gök cismin- den geçtiğini varsayalım. Eğer atmosferde ışığın kırılması olmasaydı, bu nesne gözlemci tarafından ά açısıyla görülebilecekti. Kırılma nedeniyle gözlemci nesneyi ά açısında değil, φ açısında görür. φ ά olduğundan, nesne ufkun üzerinde gerçekte olduğundan daha yüksekte görünüyor. Başka bir deyişle, bir nesnenin gözlemlenen zenit mesafesi, gerçek zenit mesafesinden daha azdır. Ώ = ά – φ farkına kırılma açısı denir.
Modern verilere göre maksimum kırılma açısı 35"tir.
Bir gözlemci gün batımını izlerken güneşin alt kenarının ufuk çizgisine nasıl dokunduğunu gördüğünde, aslında bu kenar halihazırda ufuk çizgisinin 35" altındadır. İlginçtir ki, güneş diskinin üst kenarı şu şekilde yükseltilmiştir: kırılma daha az - yalnızca 29". Bu nedenle, batan Güneş dikey olarak hafifçe basık görünür.
Muhteşem gün batımları
Işığın kırılması göz önüne alındığında, hava yoğunluğundaki yükseklikle birlikte sistematik değişimin yanı sıra, çoğu doğası gereği oldukça rastgele olan bir dizi ek faktörün de hesaba katılması gerekir. Yukarıdaki atmosferin farklı noktalarındaki konveksiyon akımlarının ve rüzgarın havanın kırılma indeksi, hava sıcaklığı üzerindeki etkisinden bahsediyoruz. farklı alanlar dünyanın yüzeyi.
Atmosferin durumunun özellikleri ve her şeyden önce, atmosferin alt katmanlarında dünya yüzeyinin çeşitli yerlerinde ısınmasının özellikleri, gözlemlenen gün batımlarının benzersizliğine yol açar.
Kör şerit. Bazen Güneş ufkun arkasında değil, ufkun üzerinde bulunan görünmez bir çizginin arkasında batıyor gibi görünüyor. Bu fenomen ufukta herhangi bir bulutun bulunmadığı durumlarda gözlenir. Bu sırada tepenin zirvesine tırmanırsanız, daha da tuhaf bir tabloyla karşılaşabilirsiniz: Güneş şimdi ufkun ötesinde batıyor, ancak aynı zamanda güneş diski yatay bir "kör şerit" ile kesilmiş gibi görünüyor, ufka göre konumu değişmeden kalır. Bunlar alışılmadık gün batımları görgü tanıklarının ifadesine göre farklı coğrafi bölgelerde, örneğin Primorsky Bölgesi Bolşoy Kamen köyünde ve Krasnodar Bölgesi Soçi şehrinde görülebilir.
Bu resim, Dünya'nın yakınındaki havanın soğuk olması ve üstünde nispeten sıcak bir hava tabakasının bulunması durumunda gözlenir. Bu durumda havanın kırılma indisi yaklaşık olarak grafikte görüldüğü gibi yükseklikle birlikte değişir; alt soğuk hava katmanından onun üzerinde bulunan sıcak katmana geçiş, kırılma indeksinde oldukça keskin bir düşüşe yol açabilir. Basitlik açısından, bu düşüşün aniden meydana geldiğini ve bu nedenle, Dünya yüzeyinden belirli bir h1 yüksekliğinde bulunan soğuk ve sıcak katmanlar arasında açıkça tanımlanmış bir arayüz olduğunu varsayıyoruz. Şekilde nx, soğuk katmandaki havanın kırılma indisini, nt ise soğuk katman sınırına yakın sıcak katmandaki havanın kırılma indisini göstermektedir.
Havanın kırılma indisi birlikten çok az farklıdır, bu nedenle daha fazla netlik sağlamak için, dikey eksen Bu şekil, kırılma indisinin kendisinin değil, birlik üzerindeki fazlalığının değerlerini gösterir; fark n-1.
Şekil 4b)'de sunulan kırılma indisindeki değişimin resmi, yüzeyin bir kısmını gösteren Şekil 5'teki ışın yolunu oluşturmak için kullanılmıştır. küre ve bitişikteki ho kalınlığında soğuk hava tabakası.
Sıfırdan başlayarak φ'yi kademeli olarak artırırsanız, α2 açısı da artacaktır. Belirli bir φ = φ´ değerinde α2 açısının eşit olduğunu varsayalım. sınır açısıαο , tama karşılık gelir iç yansıma soğuk ve sıcak katmanların sınırında; bu durumda sin α1 = 1. αο açısı, Şekil 5'teki BA ışınına karşılık gelir; yatayla β = 90˚ - φ' açı oluşturur. Gözlemci, ufuk çizgisi üzerindeki açısal yüksekliği B noktasının açısal yüksekliğinden daha az olan noktalarda soğuk katmana giren ışınları almayacaktır; β açısından daha küçüktür. Bu kör noktayı açıklıyor.
Yeşil ışın. Yeşil ışın, bazen gün batımında ve gün doğumunda gözlenen çok muhteşem bir yeşil ışık parlamasıdır. Flaş süresi yalnızca 1-2 saniyedir. Olay şu şekildedir: Güneş batarsa açık gökyüzü, daha sonra havanın yeterli şeffaflığıyla, bazen Güneş'in son görünür noktasının rengini soluk sarı veya turuncu-kırmızıdan parlak yeşile nasıl hızla değiştirdiğini gözlemleyebilirsiniz. Güneş doğarken de aynı olay gözlemlenebilir, ancak ters sırada alternatif renkler.
Ortaya Çıkış yeşil ışınışık frekansı ile kırılma indisindeki değişim dikkate alınarak açıklanabilir.
Tipik olarak, kırılma indisi artan frekansla birlikte artar. Kırılma frekansı yüksek olan ışınlar daha güçlüdür. Bu, mavi-yeşil ışınların kırmızı ışınlara göre daha güçlü kırılmaya uğradığı anlamına gelir.
Atmosferde ışığın kırıldığını ancak saçılmanın olmadığını varsayalım. Bu durumda üst ve alt kenar Ufuk yakınındaki güneş diski gökkuşağının renklerinde renklendirilmelidir. Spektrumda izin ver güneş ışığı yalnızca iki renk vardır - yeşil ve kırmızı; "Beyaz" güneş diski şu şekilde görüntülenebilir: bu durumdaüst üste bindirilmiş yeşil ve kırmızı diskler şeklinde. Işığın atmosferde kırılması, yeşil diski ufkun üzerine kırmızı diskten daha fazla yükseltir. Bu nedenle gözlemcinin batan Güneş'i Şekil 2'de gösterildiği gibi görmesi gerekir. 6a). Güneş diskinin üst kenarı yeşil, alt kenarı kırmızı olacaktır; diskin orta kısmında bir renk karışımı gözlemlenecektir; beyaz bir renk gözlenecektir.
Gerçekte ışığın atmosferdeki saçılımını göz ardı etmek mümkün değildir. Bu durum, Güneş'ten gelen ışık ışınından daha yüksek frekansa sahip ışınların daha verimli bir şekilde elenmesine yol açmaktadır. Böylece diskin üstündeki yeşil kenarlık görünmeyecek ve diskin tamamı beyaz yerine kırmızımsı görünecek. Bununla birlikte, güneş diskinin neredeyse tamamı ufkun ötesine geçtiyse, yalnızca en üst kenarı kaldıysa ve hava açık ve sakinse, hava temizse, bu durumda gözlemci Güneş'in parlak yeşil kenarını görebilir. parlak yeşil ışınların saçılmasıyla birlikte