Gökyüzünün mavi renginin nedeni... Gökyüzü ne renk? Fizik açısından gökyüzü neden mavidir? Farklı zamanlarda ileri sürülen hipotezler

Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Çalışmanın tam versiyonuna PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir.

1. Giriş.

Sokakta oynarken bir keresinde gökyüzünü fark ettim, olağanüstüydü: dipsiz, sonsuz ve mavi, mavi! Ve bu mavi rengi yalnızca bulutlar hafifçe kaplıyordu. Merak ettim gökyüzü neden mavi? Pinokyo masalındaki tilki Alice'in şarkısı aklıma geldi hemen: “Ne mavi gökyüzü...!” ve “Hava Durumu” konusunu incelerken gökyüzünün durumunu tanımladığımız ve ayrıca mavi olduğunu söylediğimiz bir coğrafya dersi. Peki gökyüzü neden mavi? Eve geldiğimde bu soruyu anneme sordum. Bana insanların ağladığında cennetten yardım istediklerini söyledi. Gökyüzü onların gözyaşlarını alıp göl gibi maviye dönüyor. Ama annemin hikayesi sorumu tatmin etmedi. Sınıf arkadaşlarıma ve öğretmenlerime gökyüzünün neden mavi olduğunu bilip bilmediklerini sormaya karar verdim. Ankete 24 öğrenci ve 17 öğretmen katılmıştır. Anketleri işledikten sonra aşağıdaki sonuçları aldık:

Okulda coğrafya dersi sırasında öğretmene bu soruyu sordum. Bana gökyüzünün renginin fizik açısından kolayca açıklanabileceğini söyledi. Bu olaya dispersiyon denir. Vikipedi'den dağılımın, ışığı bir spektruma ayırma süreci olduğunu öğrendim. Coğrafya öğretmeni Larisa Borisovna bu fenomeni deneysel olarak gözlemlememi önerdi. Ve fizik odasına gittik. Fizik öğretmeni Vasily Aleksandrovich bu konuda bize yardım etmeyi isteyerek kabul etti. Özel ekipman kullanarak doğada dağılım sürecinin nasıl gerçekleştiğini takip edebildim.

Gökyüzü neden mavidir sorusunun cevabını bulmak için bir çalışma yapmaya karar verdik. Proje yazma fikri böyle ortaya çıktı. Danışmanımla birlikte araştırmanın konusunu, amacını ve hedeflerini belirledik, hipotez ortaya koyduk, fikrimizi hayata geçirmek için araştırma yöntem ve mekanizmalarını belirledik.

Hipotez: Işık Dünya'ya Güneş tarafından gönderilir ve çoğu zaman ona baktığımızda göz kamaştırıcı beyazlıkta görünür. Bu gökyüzünün beyaz olması gerektiği anlamına mı geliyor? Ama gerçekte gökyüzü mavidir. Çalışma sırasında bu çelişkilerin açıklamalarını bulacağız.

Hedef: Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusunun cevabını bulun ve renginin neye bağlı olduğunu öğrenin.

Görevler: 1. Konuyla ilgili teorik materyale aşina olun

2. Işık dağılımı olayını deneysel olarak inceleyin

3. Günün farklı saatlerinde ve farklı hava koşullarında gökyüzünün rengini gözlemleyin

Çalışmanın amacı: gökyüzü

Öğe: gökyüzünün ışığı ve rengi

Araştırma yöntemleri: analiz, deney, gözlem

İşin aşamaları:

1. Teorik

2. Pratik

3. Final: araştırma konusuna ilişkin sonuçlar

İşin pratik önemi: Araştırma materyalleri coğrafya ve fizik derslerinde öğretim modülü olarak kullanılabilir.

2. Ana bölüm.

2.1. Sorunun teorik yönleri. Fizik açısından mavi gökyüzü olgusu

Gökyüzü neden mavi - bu kadar basit bir soruya cevap bulmak çok zor. Öncelikle kavramı tanımlayalım. Gökyüzü, Dünya'nın veya başka herhangi bir astronomik nesnenin yüzeyinin üzerindeki alandır. Genel olarak gökyüzüne genellikle Dünya'nın (veya başka bir astronomik nesnenin) yüzeyinden uzaya doğru bakıldığında açılan panorama denir.

Pek çok bilim adamı bir cevap bulmak için beyinlerini zorladı. Şöminedeki ateşi izleyen Leonardo da Vinci şunu yazdı: "Karanlığın üzerindeki ışık maviye döner." Ancak bugün beyaz ile siyahın birleşiminden grinin ortaya çıktığı biliniyor.

Pirinç. 1. Leonardo da Vinci'nin hipotezi

Isaac Newton neredeyse gökyüzünün rengini açıklıyordu ancak bunun için atmosferde bulunan su damlacıklarının sabun köpüğü gibi ince duvarlara sahip olduğunu varsayması gerekiyordu. Ancak bu damlaların küre olduğu, yani duvar kalınlıklarının olmadığı ortaya çıktı. Ve böylece Newton'un balonu patladı!

Pirinç. 2. Newton'un hipotezi

Sorunun en iyi çözümü yaklaşık 100 yıl önce İngiliz fizikçi Lord John Rayleigh tarafından önerildi. Ama en baştan başlayalım. Güneş kör edici beyaz bir ışık yayar, bu da gökyüzünün renginin aynı olması gerektiği anlamına gelir, ancak hala mavidir. Atmosferdeki beyaz ışığa ne olur? Sanki bir prizmadan geçiyormuşçasına atmosferden geçerek yedi renge ayrılıyor. Muhtemelen şu satırları biliyorsunuzdur: Her avcı sülünlerin nerede oturduğunu bilmek ister. Bu cümlelerde derin bir anlam gizlidir. Bize görünür ışık spektrumundaki ana renkleri temsil ediyorlar.

Pirinç. 3. Beyaz ışık spektrumu.

Bu spektrumun en iyi doğal göstergesi elbette gökkuşağıdır.

Pirinç. 4 Görünür ışık spektrumu

Görünür ışık, dalgaları farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik radyasyondur. Bir de görünmeyen ışık vardır; gözlerimiz onu algılamaz. Bunlar ultraviyole ve kızılötesidir. Uzunluğu ya çok uzun ya da çok kısa olduğu için göremiyoruz. Işığı görmek, rengini algılamak anlamına gelir, ancak hangi rengi gördüğümüz dalga boyuna bağlıdır. Görünür dalgaların en uzunu kırmızı, en kısası ise mordur.

Işığın saçılma yani bir ortamda yayılma yeteneği de dalga boyuna bağlıdır. Kırmızı ışık dalgaları en kötü saçılımı sağlar ancak mavi ve mor renklerin saçılma yeteneği yüksektir.

Pirinç. 5. Işık saçılma yeteneği

Ve nihayet gökyüzü neden mavidir sorumuzun cevabına yaklaştık. Yukarıda belirtildiği gibi beyaz, mümkün olan tüm renklerin bir karışımıdır. Bir gaz molekülüyle çarpıştığında beyaz ışığın yedi renk bileşeninin her biri saçılır. Bu durumda, daha uzun dalgalı ışık, kısa dalgalı ışığa göre daha kötü saçılır. Bu nedenle havada kırmızıya göre 8 kat daha fazla mavi spektrum kalır. Menekşe en kısa dalga boyuna sahip olmasına rağmen, mor ve yeşil dalga boylarının karışımı nedeniyle gökyüzü hala mavi görünür. Ayrıca gözlerimiz her ikisinin de aynı parlaklıkta olması nedeniyle maviyi menekşeden daha iyi algılar. Gökyüzünün renk düzenini belirleyen de bu gerçeklerdir: Atmosfer tam anlamıyla mavi-mavi renkli ışınlarla doludur.

Ancak gökyüzü her zaman mavi değildir. Gündüzleri gökyüzünü mavi, camgöbeği, gri, akşamları ise kırmızı olarak görüyoruz. (Ek 1). Gün batımı neden kırmızıdır? Gün batımı sırasında Güneş ufka yaklaşır ve güneş ışını Dünya yüzeyine gündüz olduğu gibi dikey olarak değil açılı olarak yönlendirilir. Dolayısıyla atmosferde kat ettiği yol, Güneş'in yüksekte olduğu günlere göre çok daha uzundur. Bu nedenle mavi-mavi spektrum Dünya'ya ulaşmadan önce atmosferde emilir ve kırmızı spektrumun daha uzun ışık dalgaları Dünya yüzeyine ulaşarak gökyüzünü kırmızı ve sarı tonlarına boyar. Gökyüzünün rengindeki değişim, açıkça Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesiyle ve dolayısıyla ışığın Dünya'ya geliş açısıyla ilişkilidir.

2.2. Pratik yönler. Sorunu çözmenin deneysel yolu

Fizik dersinde spektrograf cihazıyla tanıştım. Fizik öğretmeni Vasily Aleksandrovich bana bu cihazın çalışma prensibini anlattı ve ardından bağımsız olarak dağılım adı verilen bir deney yaptım. Prizmadan geçen beyaz ışık ışını kırılır ve ekranda gökkuşağını görürüz. (Ek 2). Bu deneyim, doğanın bu muhteşem yaratımının gökyüzünde nasıl göründüğünü anlamama yardımcı oldu. Günümüzde bilim adamları, bir spektrografın yardımıyla çeşitli maddelerin bileşimi ve özellikleri hakkında bilgi edinebilmektedirler.

Fotoğraf 1. Dağılma deneyiminin gösterilmesi

fizik odası

Eve gökkuşağı almak istedim. Coğrafya öğretmenim Larisa Borisovna bana bunun nasıl yapılacağını anlattı. Spektrografın bir benzeri, içinde su, ayna, el feneri ve beyaz bir kağıt bulunan bir cam kaptı. Bir aynayı su dolu bir kaba yerleştirin ve kabın arkasına beyaz bir kağıt koyun. El fenerinin ışığını aynaya yönlendirerek yansıyan ışığın kağıdın üzerine düşmesini sağlıyoruz. Bir kağıt parçasında yine gökkuşağı belirdi! (Ek 3). Deneyi karanlık bir odada yapmak daha iyidir.

Beyaz ışığın aslında gökkuşağının tüm renklerini içerdiğini yukarıda söylemiştik. Bundan emin olabilir ve gökkuşağı renginde bir top yaparak tüm renkleri beyaza döndürebilirsiniz. (Ek 4). Eğer çok hızlı çevirirseniz renkler birleşecek ve disk beyaza dönecektir.

Gökkuşağının oluşumuna ilişkin bilimsel açıklamalara rağmen, bu olay atmosferdeki gizemli optik manzaralardan biri olmayı sürdürüyor. İzleyin ve keyfini çıkarın!

3. Sonuç

Ebeveynlerin çocuklarına sıklıkla sorduğu “Gökyüzü neden mavi?” sorusuna yanıt aranıyor. Çok ilginç ve öğretici şeyler öğrendim. Bugün hipotezimizdeki çelişkilerin bilimsel bir açıklaması var:

Bütün sır, atmosferimizdeki gökyüzünün renginde, Dünya gezegeninin hava zarfındadır.

Atmosferden geçen beyaz bir güneş ışını yedi renkli ışınlara bölünür.

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 ve bu, Dünya'nın eksenel hareketinden kaynaklanmaktadır.

Deneysel olarak doğada dağılımın nasıl oluştuğunu görselleştirip anlayabildik. Okuldaki ödevlerim sırasında sınıf arkadaşlarıma gökyüzünün neden mavi olduğunu anlattım. Dağılım olgusunun günlük hayatımızın neresinde gözlemlenebileceğini bilmek de ilginçti. Bu eşsiz fenomenin çeşitli pratik kullanımlarını buldum. (Ek 5). Gelecekte gökyüzünü incelemeye devam etmek isterim. Daha kaç gizemi barındırıyor? Atmosferde başka hangi olaylar meydana gelir ve bunların doğası nedir? İnsanları ve dünyadaki tüm yaşamı nasıl etkiliyorlar? Belki bunlar gelecekteki araştırmalarımın konuları olacaktır.

Referanslar

1. Vikipedi - özgür ansiklopedi

2. Los Angeles Malikova. Fizik üzerine elektronik ders kitabı “Geometrik optik”

3.Peryshkin A.V. Fizik. 9. sınıf. Ders kitabı. M.: Bustard, 2014, s.202-209

4.htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru

5. Kişisel fotoğraf arşivi “Golyshmanovo Üzerindeki Gökyüzü”

Ek 1.

"Golyshmanovo'nun üzerindeki gökyüzü"(kişisel fotoğraf arşivi)

Ek 2.

Spektrograf kullanarak ışığın dağılımı

Ek 3.

Evde ışık dağılımı

"gökkuşağı"

Ek 4.

Gökkuşağı üst

Dinlenme sırasında üst Dönme sırasında üst

Ek 5.

İnsan hayatındaki çeşitlilik

Bir uçakta Elmas Işıklar

Araba farları

Yansıtıcı işaretler

Açık güneşli bir günde üzerimizdeki gökyüzü parlak mavi görünüyor. Akşamları gün batımı gökyüzünü kırmızı, pembe ve turuncuya boyar. Gökyüzü neden mavi? Gün batımını kırmızı yapan şey nedir?

Bu soruları cevaplamak için ışığın ne olduğunu ve Dünya atmosferinin neyden oluştuğunu bilmeniz gerekir.

Atmosfer

Atmosfer, dünyayı çevreleyen gazların ve diğer parçacıkların bir karışımıdır. Atmosfer esas olarak nitrojen (%78) ve oksijen (%21) gazlarından oluşur. Argon gazı ve su (buhar, damlacıklar ve buz kristalleri formunda) atmosferde ikinci en yaygın gazlardır; konsantrasyonları sırasıyla %0,93 ve %0,001'i geçmez. Dünya atmosferi aynı zamanda okyanuslardan atmosfere giren küçük toz, is, kül, polen ve tuz parçacıklarının yanı sıra az miktarda başka gazları da içerir.

Atmosferin bileşimi konuma, hava durumuna vb. bağlı olarak küçük sınırlar içinde değişir. Şiddetli fırtınalar sırasında ve okyanusa yakın yerlerde atmosferdeki su konsantrasyonu artar. Volkanlar atmosfere büyük miktarlarda kül fırlatma kapasitesine sahiptir. İnsan yapımı kirlilik aynı zamanda atmosferin normal bileşimine çeşitli gazlar, toz ve is de ekleyebilir.

Dünya yüzeyine yakın alçak rakımlarda atmosferin yoğunluğu en fazladır; rakım arttıkça yavaş yavaş azalır. Atmosfer ve uzay arasında açıkça tanımlanmış bir sınır yoktur.

Işık dalgaları

Işık dalgalarla taşınan bir enerji türüdür. Dalgalar, ışığın yanı sıra başka enerji türlerini de taşır; örneğin ses dalgası, havanın titreşimidir. Işık dalgası elektrik ve manyetik alanların salınımıdır, bu aralığa elektromanyetik spektrum denir.

Elektromanyetik dalgalar havasız uzayda 299.792 km/s hızla hareket eder. Bu dalgaların yayılma hızına ışık hızı denir.

Radyasyon enerjisi dalga boyuna ve frekansına bağlıdır. Dalga boyu, dalganın en yakın iki zirvesi (veya çukuru) arasındaki mesafedir. Bir dalganın frekansı, bir dalganın saniyede salınım sayısıdır. Dalga ne kadar uzun olursa frekansı o kadar düşük olur ve taşıdığı enerji de o kadar az olur.

Görünür açık renkler

Görünür ışık, elektromanyetik spektrumun gözlerimiz tarafından görülebilen kısmıdır. Güneş'in veya akkor lambanın yaydığı ışık beyaz gibi görünse de aslında farklı renklerin karışımıdır. Görünür ışık spektrumunun farklı renklerini, onu bir prizma kullanarak bileşenlerine ayırarak görebilirsiniz. Bu spektrum, Güneş'ten gelen ışığın su damlacıkları halinde kırılması sonucu dev bir prizma görevi gören gökkuşağı şeklinde gökyüzünde de gözlemlenebilir.

Spektrumun renkleri karışır ve sürekli olarak birbirine dönüşür. Spektrumun bir ucunda kırmızı veya turuncu renkler bulunur. Bu renkler yumuşak bir şekilde sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve mora dönüşüyor. Renkler farklı dalga boylarına, farklı frekanslara ve farklı enerjilere sahiptir.

Işığın havada yayılması

Işık, yolunda hiçbir engel olmadığı sürece uzayda düz bir çizgide ilerler. Bir ışık dalgası atmosfere girdiğinde, toz veya gaz molekülleri yoluna çıkana kadar ışık düz bir çizgide ilerlemeye devam eder. Bu durumda ışığa ne olacağı, onun dalga boyuna ve yolunda yakalanan parçacıkların boyutuna bağlı olacaktır.

Toz parçacıkları ve su damlacıkları görünür ışığın dalga boyundan çok daha büyüktür. Işık bu büyük parçacıklara çarptığında farklı yönlerde yansır. Görünür ışığın farklı renkleri bu parçacıklar tarafından eşit şekilde yansıtılır. Yansıyan ışık beyaz görünür çünkü yansımadan önce mevcut olan renklerin aynısını hâlâ içerir.

Gaz molekülleri görünür ışığın dalga boyundan daha küçüktür. Bir ışık dalgası bunlara çarparsa çarpışmanın sonucu farklı olabilir. Işık herhangi bir gaz molekülüyle çarpıştığında bir kısmı emilir. Bir süre sonra molekül farklı yönlerde ışık yaymaya başlar. Yayılan ışığın rengi emilen renkle aynıdır. Ancak farklı dalga boylarındaki renkler farklı şekilde emilir. Tüm renkler emilebilir ancak yüksek frekanslar (mavi), düşük frekanslardan (kırmızı) çok daha güçlü bir şekilde emilir. Bu sürece Rayleigh saçılması adı verilir ve bu saçılma olayını 1870'lerde keşfeden İngiliz fizikçi John Rayleigh'den gelir.

Gökyüzü neden mavi?

Rayleigh saçılımı nedeniyle gökyüzü mavidir. Işık atmosferde ilerledikçe optik spektrumun uzun dalga boylarının çoğu değişmeden geçer. Kırmızı, turuncu ve sarı renklerin yalnızca küçük bir kısmı havayla etkileşime girer.

Bununla birlikte, daha kısa dalga boylarındaki ışığın çoğu gaz molekülleri tarafından emilir. Emildikten sonra mavi renk her yöne yayılır. Gökyüzünün her yerine dağılmış durumda. Hangi yöne bakarsanız bakın, bu dağınık mavi ışığın bir kısmı gözlemciye ulaşır. Mavi ışık başımızın her yerinde görülebildiğinden gökyüzü mavi görünür.

Ufka doğru bakarsanız gökyüzünün daha soluk bir tonu olacaktır. Bu, ışığın atmosferde gözlemciye ulaşmak için daha büyük bir mesafe kat etmesi sonucudur. Saçılan ışık atmosfer tarafından tekrar saçılır ve gözlemcinin gözüne daha az mavi ışık ulaşır. Bu nedenle ufka yakın gökyüzünün rengi daha soluk, hatta tamamen beyaz görünür.

Siyah gökyüzü ve beyaz güneş

Güneş Dünya'dan sarı görünür. Uzayda ya da Ay'da olsaydık Güneş bize beyaz görünürdü. Uzayda güneş ışığını dağıtacak bir atmosfer yoktur. Dünya'da güneş ışığının kısa dalga boylarından bazıları (mavi ve mor) saçılma yoluyla emilir. Spektrumun geri kalanı sarı görünür.

Ayrıca uzayda gökyüzü mavi yerine koyu veya siyah görünür. Bu durum atmosferin bulunmamasından kaynaklanmaktadır, dolayısıyla ışık hiçbir şekilde dağılmamaktadır.

Gün batımı neden kırmızıdır?

Güneş battığında, güneş ışığının gözlemciye ulaşması için atmosferde daha büyük bir mesafe kat etmesi gerekir, dolayısıyla atmosfer tarafından daha fazla güneş ışığı yansıtılır ve saçılır. Gözlemciye daha az doğrudan ışık ulaştığı için Güneş daha az parlak görünür. Güneş'in rengi de turuncudan kırmızıya kadar farklı görünür. Bunun nedeni, mavi ve yeşil gibi daha kısa dalga boylu renklerin dağılmış olmasıdır. Geriye yalnızca optik spektrumun gözlemcinin gözüne ulaşan uzun dalga bileşenleri kalır.

Batan güneşin etrafındaki gökyüzü farklı renklere sahip olabilir. Gökyüzü çok sayıda küçük toz veya su parçacıkları içerdiğinde gökyüzü en güzel hâline gelir. Bu parçacıklar ışığı her yöne yansıtır. Bu durumda daha kısa ışık dalgaları saçılır. Gözlemci daha uzun dalga boylarındaki ışık ışınlarını görür, bu nedenle gökyüzü kırmızı, pembe veya turuncu görünür.

Atmosfer hakkında daha fazla bilgi

Atmosfer nedir?

Atmosfer, Dünya'yı ince, çoğunlukla şeffaf bir kabuk şeklinde çevreleyen gazların ve diğer maddelerin bir karışımıdır. Atmosfer, Dünya'nın yerçekimi tarafından yerinde tutulur. Atmosferin ana bileşenleri azot (%78,09), oksijen (%20,95), argon (%0,93) ve karbondioksittir (%0,03). Atmosfer ayrıca az miktarda su (farklı yerlerde konsantrasyonu %0 ila %4 arasında değişir), katı parçacıklar, neon gazları, helyum, metan, hidrojen, kripton, ozon ve ksenon içerir. Atmosferi inceleyen bilime meteoroloji denir.

Nefes almamız için gereken oksijeni sağlayan bir atmosfer olmasaydı Dünya'da yaşam mümkün olmazdı. Ek olarak, atmosfer başka bir önemli işlevi daha yerine getirir - gezegendeki sıcaklığı eşitler. Eğer atmosfer olmasaydı, gezegenin bazı yerlerinde cızırtılı sıcaklıklar yaşanabilir, bazı yerlerde ise aşırı soğuk olabilir ve sıcaklık aralığı gece -170°C'den gündüz +120°C'ye kadar değişebilir. Atmosfer aynı zamanda bizi Güneş'ten ve uzaydan gelen zararlı radyasyona karşı da korur, onu emer ve dağıtır.

Dünya'ya ulaşan toplam güneş enerjisi miktarının yaklaşık %30'u bulutlar ve dünya yüzeyinden yansıtılarak uzaya geri yansıtılır. Atmosfer güneş radyasyonunun yaklaşık %19'unu emer, ancak Dünya yüzeyi tarafından yalnızca %51'i emilir.

Biz farkında olmasak da ve hava kolonunun basıncını hissetmiyor olsak da havanın ağırlığı vardır. Deniz seviyesinde bu basınç bir atmosfer veya 760 mmHg'dir (1013 milibar veya 101,3 kPa). Yükseklik arttıkça atmosfer basıncı hızla düşer. Yüksekliğin her 16 km artmasıyla basınç 10 kat düşer. Bu, deniz seviyesinde 1 atmosfer basınçta, 16 km yükseklikte basıncın 0,1 atm, 32 km yükseklikte ise 0,01 atm olacağı anlamına gelir.

Atmosferin en alt katmanlarındaki yoğunluğu 1,2 kg/m3'tür. Her santimetreküp hava yaklaşık 2,7*1019 molekül içerir. Yer seviyesinde her molekül saatte yaklaşık 1.600 km hızla hareket eder ve diğer moleküllerle saniyede 5 milyar kez çarpışır.

Yüksekliğin artmasıyla hava yoğunluğu da hızla azalır. 3 km yükseklikte hava yoğunluğu %30 azalır. Deniz seviyesine yakın yerlerde yaşayan insanlar bu yüksekliğe çıkarıldıklarında geçici nefes alma sorunları yaşarlar. İnsanların sürekli olarak yaşadığı en yüksek rakım 4 km'dir.

Atmosferin yapısı

Atmosfer farklı katmanlardan oluşur ve bu katmanlara bölünme sıcaklıklarına, moleküler bileşimlerine ve elektriksel özelliklerine göre gerçekleşir. Bu katmanların sınırları net olarak belirlenmemiştir; mevsimsel olarak değişirler ve ayrıca parametreleri farklı enlemlerde değişir.

Atmosferin moleküler bileşimlerine bağlı olarak katmanlara bölünmesi

Homosfer

Troposfer, Stratosfer ve Mezopoz dahil olmak üzere alt 100 km.
Atmosfer kütlesinin %99'unu oluşturur.
Moleküller molekül ağırlığına göre ayrılmaz.
Bazı küçük yerel anormallikler dışında bileşim oldukça homojendir. Homojenlik, sürekli karıştırma, türbülans ve türbülanslı difüzyonla sağlanır.
Su, eşit olmayan şekilde dağılan iki bileşenden biridir. Su buharı yükseldikçe soğur ve yoğunlaşır, ardından yağış - kar ve yağmur - şeklinde yere geri döner. Stratosferin kendisi çok kurudur.
Ozon dağılımı eşit olmayan başka bir moleküldür. (Stratosferdeki ozon tabakası hakkında aşağıyı okuyun.)

Heterosfer

Homosferin üzerine uzanır ve Termosfer ve Ekzosferi içerir.
Bu katmandaki moleküllerin ayrılması moleküler ağırlıklarına bağlıdır. Nitrojen ve oksijen gibi daha ağır moleküller katmanın alt kısmında yoğunlaşır. Heterosferin üst kısmında daha hafif olanlar, helyum ve hidrojen hakimdir.

Atmosferin elektriksel özelliklerine göre katmanlara bölünmesi.

Nötr atmosfer

100 km'nin altında.

İyonosfer

Yaklaşık 100 km'nin üzerinde.
Ultraviyole ışığın emilmesiyle üretilen elektrik yüklü parçacıkları (iyonları) içerir
İyonlaşma derecesi rakımla birlikte değişir.
Farklı katmanlar uzun ve kısa radyo dalgalarını yansıtır. Bu, düz bir çizgide ilerleyen radyo sinyallerinin dünyanın küresel yüzeyi etrafında bükülmesine olanak tanır.
Auroralar bu atmosferik katmanlarda meydana gelir.
Manyetosfer iyonosferin yaklaşık 70.000 km yüksekliğe kadar uzanan üst kısmıdır, bu yükseklik güneş rüzgârının şiddetine bağlıdır. Manyetosfer, bizi güneş rüzgârından gelen yüksek enerjili yüklü parçacıklardan, onları Dünya'nın manyetik alanında tutarak korur.

Atmosferin sıcaklıklarına bağlı olarak katmanlara bölünmesi

Üst kenar yüksekliği troposfer mevsimlere ve enleme bağlıdır. Dünya yüzeyinden ekvatorda yaklaşık 16 km yüksekliğe, Kuzey ve Güney Kutuplarında ise 9 km yüksekliğe kadar uzanır.

"Tropo" öneki değişim anlamına gelir. Troposferin parametrelerindeki değişiklikler, hava koşulları nedeniyle, örneğin atmosferik cephelerin hareketi nedeniyle meydana gelir.
Yükseklik arttıkça sıcaklık düşer. Isınan hava yükselir, soğur ve tekrar Dünya'ya düşer. Bu sürece konveksiyon denir, hava kütlelerinin hareketi sonucu oluşur. Bu katmandaki rüzgarlar ağırlıklı olarak dikey olarak eser.
Bu katman diğer tüm katmanların toplamından daha fazla molekül içerir.

Stratosfer- Yaklaşık 11 km'den 50 km yüksekliğe kadar uzanır.

Çok ince bir hava tabakası vardır.
"Strato" öneki katmanları veya katmanlara bölünmeyi ifade eder.
Stratosferin alt kısmı oldukça sakindir. Troposferdeki kötü hava koşullarını önlemek için jet uçakları sıklıkla alt stratosfere uçar.
Stratosferin tepesinde yüksek irtifa jet akımları olarak bilinen kuvvetli rüzgarlar vardır. Yatay olarak 480 km/saat'e varan hızlarda esiyorlar.
Stratosfer, yaklaşık 12 ila 50 km yükseklikte (enleme bağlı olarak) yer alan "ozon tabakasını" içerir. Bu katmandaki ozon konsantrasyonu sadece 8 ml/m 3 olmasına rağmen, güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınları absorbe etmede ve böylece dünyadaki yaşamı korumada oldukça etkilidir. Ozon molekülü üç oksijen atomundan oluşur. Soluduğumuz oksijen molekülleri iki oksijen atomu içerir.
Stratosfer çok soğuktur; tabanda sıcaklık yaklaşık -55°C'dir ve yükseklikle birlikte artar. Sıcaklıktaki artış, ultraviyole ışınlarının oksijen ve ozon tarafından emilmesinden kaynaklanmaktadır.

Mezosfer- Yaklaşık 100 km yüksekliğe kadar uzanır.

Yükseklik arttıkça sıcaklık hızla artar.

Termosfer- Yaklaşık 400 km yüksekliğe kadar uzanır.

Yükseklik arttıkça, çok kısa dalga boyundaki ultraviyole ışınımının soğurulması nedeniyle sıcaklık hızla artar.
Meteorlar ya da "kayan yıldızlar", Dünya yüzeyinden yaklaşık 110-130 km yükseklikte yanmaya başlar.

Ekzosfer- Termosferin yüzlerce kilometre ötesine uzanır ve yavaş yavaş uzaya doğru hareket eder.

Buradaki hava yoğunluğu o kadar düşük ki sıcaklık kavramının kullanımı anlamını yitiriyor.
Moleküller birbirleriyle çarpıştıklarında genellikle uzaya uçarlar.

Gökyüzünün rengi neden mavidir?

Görünür ışık uzayda dolaşabilen bir enerji türüdür. Güneşten veya akkor lambadan gelen ışık beyaz görünür, ancak gerçekte tüm renklerin bir karışımıdır. Beyazı oluşturan ana renkler kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit ve mordur. Bu renkler sürekli olarak birbirine dönüşür, dolayısıyla ana renklerin yanı sıra çok sayıda farklı renk tonu da vardır. Tüm bu renkler ve tonlar, yüksek nem oranına sahip bir alanda ortaya çıkan gökkuşağı şeklinde gökyüzünde gözlemlenebiliyor.

Gökyüzünün tamamını dolduran hava, çok küçük gaz molekülleri ile toz gibi küçük katı parçacıkların karışımıdır.

Güneş ışığı havadan geçerken moleküller ve tozlarla karşılaşır. Işık gaz molekülleriyle çarpıştığında ışık farklı yönlerde yansıtılabilir. Kırmızı ve turuncu gibi bazı renkler doğrudan havadan geçerek gözlemciye doğrudan ulaşır. Ancak mavi ışığın çoğu hava moleküllerinden her yöne yansır. Bu, mavi ışığı gökyüzüne dağıtır ve mavi görünmesini sağlar.

Yukarıya baktığımızda bu mavi ışığın bir kısmı gökyüzünün her yerinden gözlerimize ulaşıyor. Başımızın üstünde her yeri mavi gördüğümüz için gökyüzü de mavi görünür.

Uzayda hava yoktur. Işığın yansıtılabileceği hiçbir engel bulunmadığından ışık doğrudan yayılır. Işık ışınları dağınık değildir ve “gökyüzü” karanlık ve siyah görünür.

Işıkla deneyler

İlk deney ışığın bir spektruma ayrıştırılmasıdır.

Bu deneyi gerçekleştirmek için ihtiyacınız olacak:

küçük bir ayna, bir parça beyaz kağıt veya karton, su;
küvet veya kase gibi büyük sığ bir kap veya plastik dondurma kutusu;
güneşli hava ve güneşli tarafa bakan bir pencere.

Bir deney nasıl yapılır:

Küvet veya kasenin 2/3'ünü suyla doldurun ve doğrudan güneş ışığının suya ulaşması için yere veya masaya yerleştirin. Doğru deneyler için doğrudan güneş ışığının varlığı zorunludur.
Aynayı güneş ışınlarının üzerine düşeceği şekilde su altına yerleştirin. Aynanın yansıttığı güneş ışınlarının kağıdın üzerine düşmesi için aynanın üzerine bir parça kağıt tutun, gerekirse göreceli konumlarını ayarlayın. Kağıt üzerindeki renk spektrumunu gözlemleyin.

Ne olur: Su ve ayna bir prizma gibi davranarak ışığı spektrumun renk bileşenlerine böler. Bunun nedeni, bir ortamdan (hava) diğerine (su) geçen ışık ışınlarının hızlarını ve yönlerini değiştirmesidir. Bu olaya kırılma denir. Farklı renkler farklı şekilde kırılır, mor ışınlar daha fazla engellenir ve yönleri daha güçlü değişir. Kırmızı ışınlar yavaşlar ve daha az yön değiştirir. Işık, bileşen renklerine ayrılır ve spektrumu görebiliriz.

İkinci deney - gökyüzünü bir cam kavanozda modellemek

Deney için gerekli malzemeler:

şeffaf uzun bir cam veya şeffaf plastik veya cam kavanoz;
su, süt, çay kaşığı, el feneri;
karanlık oda;

Deneyin gerçekleştirilmesi:

Bir bardak veya kavanozun 2/3'ünü yaklaşık 300-400 ml suyla doldurun.
Suya 0,5 ila bir kaşık süt ekleyin, karışımı çalkalayın.
Bir bardak ve bir el feneri alarak karanlık bir odaya gidin.
Bir bardak suyun üzerine bir el feneri tutun ve ışık huzmesini suyun yüzeyine yönlendirin, bardağa yandan bakın. Bu durumda su mavimsi bir renk tonuna sahip olacaktır. Şimdi el fenerini camın kenarına doğrultun ve camın diğer tarafından gelen ışık huzmesine bakın, böylece ışık sudan geçer. Bu durumda su kırmızımsı bir renk tonuna sahip olacaktır. Camın altına bir el feneri yerleştirin ve suya yukarıdan bakarken ışığı yukarı doğru tutun. Bu durumda suyun kırmızımsı tonu daha doygun görünecektir.

Bu deneyde, havadaki parçacıklar ve moleküllerin güneş ışığını saçtığı gibi, suda asılı duran küçük süt parçacıkları da el fenerinden gelen ışığı dağıtır. Bir cam yukarıdan aydınlatıldığında mavi rengin her yöne dağılmasından dolayı su mavimsi görünür. Suyun içinden ışığa doğrudan baktığınızda, ışığın saçılması nedeniyle mavi ışınların bir kısmı kaybolduğu için fenerden gelen ışık kırmızı görünür.

Üçüncü deney – renkleri karıştırma

İhtiyacınız olacak:

kalem, makas, beyaz karton veya bir parça Whatman kağıdı;
renkli kalemler veya keçeli kalemler, cetvel;
üst kısmı 7...10 cm çapında olan bir kupa veya büyük bir fincan veya bir kumpas.
kağıt bardak.

Bir deney nasıl yapılır:

Pergeliniz yoksa, bir karton parçası üzerine bir daire çizmek için şablon olarak bir kupa kullanın ve daireyi kesin. Bir cetvel kullanarak daireyi yaklaşık olarak eşit 7 sektöre bölün.
Bu yedi sektörü ana spektrumun renkleriyle renklendirin - kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve mor. Diski mümkün olduğunca düzgün ve eşit bir şekilde boyamaya çalışın.
Diskin ortasına bir delik açın ve diski bir kalemin üzerine yerleştirin.
Kağıt bardağın dibine bir delik açın, deliğin çapı kalem çapından biraz daha büyük olmalıdır. Bardağı baş aşağı çevirin ve içine monte edilmiş diskli bir kalemi, kurşun kalem ucu masaya dayanacak şekilde yerleştirin, diskin kalem üzerindeki konumunu, disk bardağın tabanına temas etmeyecek ve onun üzerinde olacak şekilde ayarlayın. 0,5..1.5 cm yükseklikte.
Kalemi hızla döndürün ve dönen diske bakın, rengine dikkat edin. Gerekirse diski ve kalemi kolayca dönebilecek şekilde ayarlayın.

Görülen olgunun açıklaması: Disk üzerindeki sektörlerin boyandığı renkler beyaz ışığın renklerinin ana bileşenleridir. Disk yeterince hızlı döndüğünde renkler birleşiyor gibi görünüyor ve disk beyaz görünüyor. Diğer renk kombinasyonlarını denemeyi deneyin.

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. Antik dünyada gerçekten Dünya'yı kaplayan bir kubbe olarak görülüyordu. Ancak bugün 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 havayla ve içindeki çeşitli maddelerin parçacıklarıyla etkileşimidir.

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

Araştırmanın bir sonraki aşamasında John Tyndall, 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 kubbenin 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 önemli ölçüde daha azdır ve insan gözü ikincisine daha duyarlıdır. Aslında gördüğümüz mavi, mavinin menekşe ve diğer bazı renklerle karıştırılmasının sonucudur.

Gün batımı ve bulutlar

Herkes günün farklı saatlerinde gökyüzünün farklı renklerini görebileceğinizi bilir. 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 farklı yönlere dağılır ve ufka yakın bulutlar kırmızının tonlarında renklenir.

Gökyüzü bulutlandığında resim tamamen değişir. yoğun tabakanın üstesinden gelemiyor ve çoğu yere ulaşamıyor. 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. Atmosferden yoksun uzay nesnelerinde güneş ışınları serbestçe yüzeye 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. Kırmızı ve turuncunun farklı tonlarında boyanmıştır. 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.

Kısacası... "Hava molekülleriyle etkileşime giren güneş ışığı, farklı renklere saçılır. Tüm renkler arasında dağılmaya en yatkın renk mavidir. Aslında hava sahasını ele geçirdiği ortaya çıktı.”

Şimdi daha yakından bakalım

Yalnızca çocuklar o kadar basit sorular sorabilir ki, tamamen yetişkin bir kişi nasıl cevap vereceğini bilemez. Çocukların kafasını kurcalayan en yaygın soru şudur: "Gökyüzü neden mavi?" Ancak her ebeveyn kendisi için bile doğru cevabı bilemez. Yüzlerce yıldır bu sorunun cevabını bulmaya çalışan fizik bilimi ve bilim insanları bunu bulmanıza yardımcı olacaktır.

Hatalı açıklamalar

İnsanlar yüzyıllardır bu sorunun cevabını arıyorlar. Eski insanlar bu rengin Zeus ve Jüpiter'in en sevdiği renk olduğuna inanıyorlardı. Bir zamanlar gökyüzünün rengine ilişkin açıklamalar Leonardo da Vinci ve Newton gibi büyük beyinleri endişelendiriyordu. Leonardo da Vinci, karanlık ve ışık birbiriyle birleştiğinde daha açık bir ton olan maviyi oluşturduklarına inanıyordu. Newton mavi rengi gökyüzünde çok sayıda su damlasının birikmesiyle ilişkilendirdi. Ancak doğru sonuca ancak 19. yüzyılda ulaşıldı.

Spektrum

Bir çocuğun fizik bilimini kullanarak doğru açıklamayı anlaması için, öncelikle bir ışık ışınının yüksek hızda uçan parçacıklar, yani bir elektromanyetik dalganın parçaları olduğunu anlaması gerekir. Bir ışık akışında uzun ve kısa ışınlar birlikte hareket eder ve insan gözü tarafından birlikte beyaz ışık olarak algılanır. Küçük su ve toz damlacıkları aracılığıyla atmosfere nüfuz ederek spektrumun (gökkuşağı) tüm renklerine dağılırlar.

John William Rayleigh

1871'de İngiliz fizikçi Lord Rayleigh, dağınık ışığın yoğunluğunun dalga boyuna bağlı olduğunu fark etti. Güneş'ten gelen ışığın atmosferdeki düzensizlikler nedeniyle saçılması gökyüzünün neden mavi olduğunu açıklıyor. Rayleigh yasasına göre mavi güneş ışınları, dalga boyları daha kısa olduğundan turuncu ve kırmızı ışınlara göre çok daha yoğun şekilde saçılır.

Dünya yüzeyine yakın ve gökyüzünün yüksek kısımlarındaki hava moleküllerden oluşuyor ve bu da güneş ışığının havada daha da dağılmasına neden oluyor. Gözlemciye her taraftan, hatta en uzak mesafeden bile ulaşıyor. Havaya saçılan ışığın spektrumu, doğrudan güneş ışığından önemli ölçüde farklıdır. Birincisinin enerjisi sarı-yeşil kısma, ikincisi ise maviye kaydırılır.

Doğrudan güneş ışığı ne kadar yoğun dağılırsa renk o kadar soğuk görünecektir. En güçlü dağılım, yani. En kısa dalga boyu mor renkte, en uzun dalga boyu ise kırmızı renktedir. Bu nedenle gün batımı sırasında gökyüzünün uzak bölgeleri mavi, en yakın bölgeleri ise pembe veya kırmızı görünür.

Gün doğumları ve gün batımları

Gün batımı ve şafak vaktinde insanlar gökyüzünde çoğunlukla pembe ve turuncu tonlar görürler. Bunun nedeni Güneş'ten gelen ışığın dünya yüzeyine çok alçaktan ulaşmasıdır. Bu nedenle gün batımı ve şafak vaktinde ışığın kat etmesi gereken yol, gündüze göre çok daha uzundur. Işınlar atmosferde en uzun yola sahip olduğundan, mavi ışığın çoğu dağılır, dolayısıyla güneşten ve yakındaki bulutlardan gelen ışık insanlara kırmızımsı veya pembe görünür.

Muhtemelen herkes hayatında en az bir kez bu basit soruyla karşı karşıya kalmıştır: Açık ve bulutsuz bir gökyüzü neden mavi veya mavidir? Elbette soluduğumuz hava yüzünden, Dünya'nın atmosferi yüzünden! Havamız muhtemelen “mavi” ya da buna benzer bir şeydir. Sadece şeffaf görünüyor, ancak uzak mesafelerde uçaklar, dağlar, gemiler mavimsi bir pus içinde görünüyor... Bu tür bir akıl yürütme asıl soruyu cevaplamıyor: Gökyüzü neden mavi? Hava maviye boyanmadı!

Basit ve kısa cevap şudur: gökyüzü mavidir çünkü hava molekülleri güneşin mavi rengini kırmızıdan daha fazla saçar.

Hava mavi ışık saçtığı için gökyüzü mavi, Güneş ise sarı görünür. Üstelik gün batımında, güneş ışığı atmosferin daha kalın bir kısmından geçtiğinde, şunu görüyoruz: kırmızı güneş ve sarı-kırmızı renklere boyanmış şafak. Bütün bunlar ancak mavi ışığın bize doğru gelirken atmosfer tarafından saçılması sayesinde mümkün olabiliyor.

Peki mavi ışık ilk etapta nereden geldi? Öncelikle Güneş'ten gelen beyaz ışık, mordan kırmızıya kadar gökkuşağının tüm renklerinin bir karışımıdır. Dur diyorsun Güneşin ışığı beyaz mı? Evet, . İkinci nokta: şu anda bahsediyoruz ışık, hakkında değil renk. Farklı renkteki boyaları karıştırırsak elbette neredeyse siyah bir şey elde ederiz.

Işığın rengi herhangi bir cismin rengi değildir. Kırmızı, sarı, turuncu, yeşil, camgöbeği, çivit mavisi ve mor ışığı kabaca eşit miktarlarda karıştırırsak beyaz ışık elde ederiz. Isaac Newton, farklı renkleri ayırmak ve bir spektrum oluşturmak için bir prizma kullanarak bunu gösteren ilk kişiydi.

Bilim adamları renkli ışığın sadece farklı dalga boylarındaki ışık olduğunu keşfettiler. Spektrumun görünür kısmı, dalga boyu yaklaşık 720 nm olan kırmızı ışıktan, yaklaşık 380 nm dalga boyuna sahip mor ışıktan, arada turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği ve maviye kadar değişir. İnsan gözünün retinasında bulunan üç farklı tipteki renk reseptörü, kırmızı, yeşil ve mavi dalga boylarına en güçlü tepkiyi verir ve birlikte bize tüm renk çeşitliliğini verir.

Evet, peki fizik gökyüzünün neden mavi olduğu konusunda ne diyor?

Tyndall etkisi

Gökyüzünün renginin doğru bir şekilde açıklanmasına yönelik ilk adımları attı John Tyndall 1859'da. İlginç bir etki keşfetti: Eğer ışığı küçük parçacıkların asılı olduğu şeffaf bir sıvıdan geçirirseniz, mavi ışık bu parçacıklar tarafından kırmızı ışıktan daha fazla saçılacaktır.

Bu kolaylıkla kanıtlanabilir. Bir bardak su alın ve içine birkaç damla süt, biraz un veya sabunu bardaktaki su bulanıklaşana kadar karıştırın. Daha sonra bir el fenerini cama doğru tutun. Camın içindeki ışığın büyüdüğünü göreceksiniz. mavimsi. Daha doğrusu camdan gözünüze giren ışık mavimsi bir renk aldı, yani çözeltinin içinde reddedilip dağıldı!

Ama en ilginç şey şu ki mavi bileşeninin bir kısmını kaybeden camdan çıkan ışık artık beyaz değil sarımsı olacak! Yeterince geniş bir kap alırsanız, yol boyunca birçok kez dağılan ışık sonunda mavi bileşenini kaybedecek ve kaptan artık sarı değil kırmızı çıkacaktır.

Tyndall etkisi, ışığın bulanık sıvılarda saçılmasıyla ilgilidir. Böyle bir sıvıdaki parçacıkların, boyutu ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir olan oluklar, ızgaralar, gözenekler, köşeler gibi özel bir yüzey yapısına sahip olması gerekir.

Tyndall etkisi sayesinde güzel mavi safir kabuklular var. Bu minik hayvanlar, sanki içeriden parlıyormuş gibi, bazen gözlemci için tamamen görünmez hale gelir (ışık saçılımı ultraviyole bölgeye girer)…

Tyndall etkisi aynı zamanda insanlarda mavi gözlerden de sorumludur!

Evet, evet, mavi gözler kesinlikle mavi pigment tarafından yaratılmıyor - sadece orada değil - ama melanin, ışığı buna göre dağıtır!

Birkaç yıl sonra Tyndall etkisi Lord Rayleigh tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir. O zamandan beri ışığın çok küçük parçacıklar tarafından saçılmasına denir. Rayleigh saçılması. Rayleigh, yeterince küçük parçacıklar için saçılan ışık miktarının dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olduğunu gösterdi. Bu tür parçacıklar üzerindeki mavi ışığın, kırmızı ışıktan yaklaşık 10 kat daha fazla saçıldığı sonucu çıkar: (700 nm/400 nm) 4 = 10

Toz mu yoksa moleküller mi?

Bütün bunlar harika ama gökyüzümüz sıvıyla değil havayla dolu ve gökyüzünde yüzen sabun veya süt parçaları yok... Havada ışığı ne tür parçacıklar saçar? Tyndall ve Rayleigh, gökyüzünün mavi renginin, tıpkı süt parçacıklarının suda asılı kalması gibi, atmosferde asılı kalan küçük toz parçacıkları ve su buharı damlacıklarından kaynaklanması gerektiğine inanıyorlardı.

Her ne kadar bugün bile bazı insanlar gökyüzünün renginin buhar ve toz tarafından belirlendiğini söylese de, bu bir yanılgıdır. Eğer durum böyle olsaydı, gökyüzünün rengi neme veya sise bağlı olarak gerçekte olduğundan çok daha fazla değişirdi. Bu nedenle bilim insanları, oksijen ve nitrojen moleküllerinin saçılmayı açıklamak için yeterli olduğunu (doğru bir şekilde!) varsaydılar. Işığı saçan havanın kendisidir, daha doğrusu molekülleridir!

Mavi gökyüzü ve üzerinde bulutlar. Hava, ışığı Rayleigh saçılımına göre, daha büyük bulut parçacıklarını da Mie saçılımına göre dağıtır. Fotoğraf: Andrei Azanfirei/Flickr.com

Bu soru nihayet 1911'de ışığın moleküllere bağlı olarak saçılması için ayrıntılı bir formül hesaplayan ve daha sonraki deneyler onun hesaplamalarını parlak bir şekilde doğrulayan Albert Einstein tarafından çözüldü. Hatta Einstein'ın hesaplamalarını Avogadro sayısını test etmek için bile kullanabildiğini söylüyorlar!

Gökyüzü neden mor değil de mavi?

Bu arada, eğer mavi ışık kırmızı ışıktan 10 kat daha fazla saçılıyorsa, daha kısa mor dalgaların bile mavi olanlardan daha fazla saçılması gerekir! Şu soru ortaya çıkıyor: gökyüzü neden mor görünmüyor?

İlk olarak, güneşten gelen ışığın emisyon spektrumu tüm dalga boylarında aynı değildir; güneş spektrumundaki maksimum enerji yeşil ışıkta meydana gelir. İkincisi, kısa dalga mor ışık, atmosferin üst katmanlarında aktif olarak emilir (mor ötesi gibi!), böylece maviden daha az mor, Dünya yüzeyine ulaşır.

Son olarak üçüncü neden ise gözlerimizdir. mor ışığa mavi ışığa göre daha az duyarlıdır.

İnsan gözündeki üç tip koni için hassasiyet eğrileri.

Gözümüzün retinasında üç tip renk reseptörü veya konisi bulunur. Kırmızı, mavi ve yeşil olarak adlandırılmalarının nedeni, bu dalga boylarındaki ışığa en güçlü tepkiyi vermeleridir. Ama aslında tüm spektrumu kapsayan diğer dalga boylarındaki ışığı yakalama kapasitesine sahipler.

Gökyüzüne baktığımızda, kırmızı koniler az miktardaki dağınık kırmızı ışığa, ancak aynı zamanda - daha az güçlü bir şekilde - turuncu ve sarı dalga boylarına da yanıt verir. Yeşil koniler sarı ve daha güçlü şekilde dağılmış yeşil ve yeşil-mavi dalgalara tepki verir. Son olarak, mavi koniler, oldukça dağınık olan mavi dalga boylarındaki renkler tarafından uyarılır. Eğer spektrumda mavi ve mor olmasaydı, gökyüzü hafif yeşilimsi bir tonla mavi görünürdü. Ancak mavi ve menekşenin en güçlü şekilde dağılmış dalga boyları kırmızı konileri de hafifçe uyarır, böylece bu renkler kırmızı bir renk tonuyla birlikte mavi görünür. Genel etki şudur Gökyüzüne baktığımızda kırmızı ve yeşil koniler yaklaşık olarak eşit oranda uyarılır. ve mavi olanlar daha güçlü bir şekilde uyarılır. Bu kombinasyon sonuçta mavi veya mavi bir gökyüzü yaratır.

Güzel gün batımları

Deniz kıyısında veya bozkırda sessiz gün batımlarından daha güzel ne olabilir? Hava açık ve berrak olduğunda, gün batımı tıpkı bir bardak sabunun üzerinden geçen bir el feneri ışınınınki gibi sarı olacaktır: mavi ışığın bir kısmı dağılacak ve Güneş'in genel rengi spektrumun kırmızı ucuna kayacaktır.

Gün batımları atmosferin durumuna bağlı olarak son derece çeşitli renklerde olabilir. Fotoğraf: Alex Derr

Havanın küçük parçacıklarla (duman, toz, duman) kirlenmesi başka bir konudur. Bu durumda gün batımı turuncu ve hatta kırmızı olacaktır. Deniz üzerindeki gün batımları, havada asılı kalan tuz parçacıkları nedeniyle turuncu görünebilir ve bu da Tyndall etkisini yaratabilir. Güneşin etrafındaki gökyüzünün yanı sıra doğrudan güneşten gelen ışık da kırmızı olarak görülüyor. Bunun nedeni, tüm ışığın küçük açılarda nispeten iyi dağılmasıdır, ancak mavi ışığın daha büyük mesafelerde iki veya daha fazla dağılma olasılığı daha yüksektir ve geriye sarı, kırmızı ve turuncu kalır.

Bulutlar, mavi ay ve mavi pus

Bulutlar ve toz bulutu, daha uzun dalga boyuna sahip parçacıklardan oluştuğu için beyaz görünür. Bu tür parçacıklar tüm dalga boylarını eşit şekilde dağıtacaktır (Mie saçılması).

Ancak bazen havada çok daha küçük parçacıklar da olabiliyor. Bazı dağlık alanlar mavi puslarıyla ünlüdür. Bitki örtüsünden gelen terpen aerosolleri atmosferdeki ozonla reaksiyona girerek mavi ışığı mükemmel şekilde dağıtan yaklaşık 200 nm çapında ince parçacıklar oluşturur.

Karadağ'daki Kotor Körfezi üzerinde mavi pus. Fotoğraf: Rocher/Flickr.com

Bir orman yangını veya volkanik patlama bazen atmosferi, kırmızı ışığın saçılması için uygun boyut olan 500-800 nm çapında küçük parçacıklarla doldurabilir. Bu, normal Tyndall etkisinin tam tersidir ve Ay'dan gelen kırmızı ışığın bu parçacıklar tarafından saçılması nedeniyle Ay'ın mavi görünmesine neden olabilir. Gerçek mavi ay- çok nadir görülen bir olay!

Mars'ın gökyüzü neden kırmızı?

Artık gezicilerin ve otomatik inişli araçların fotoğraflarından anlaşılan gökyüzünün kırmızı, kum sarısı, grimsi mavi olduğu Mars'a ulaştık... Gerçekten nasıl bir yer?

Fiziğe göre Mars'ın gökyüzünün mavi olması gerekir. O ve mavi var, ancak yalnızca Kızıl Gezegendeki atmosfer sakin olduğunda. Ancak Mars'ta rüzgarların sık sık estiği biliniyor. Gezegenin atmosferi son derece seyrek olmasına rağmen rüzgarlar milyonlarca ton kum ve tozu kaldırabilecek ve gerçek kum fırtınalarına neden olabilecek kapasitededir. Bazı fırtınalar Mars'ın neredeyse tüm yüzeyini gizleyebilir!

Bu tür fırtınalardan sonra demir açısından zengin toz parçacıkları uzun süre havada asılı kalır. Bu tozun rengi kırmızıdır (bu pastır) ve buna bağlı olarak Mars'taki gökyüzü sarımsı-turuncuya döner.

Yansıma bulutsuları

Son olarak uzayın derinliklerine, yıldızların artık doğduğu yere bakalım.

Ophiuchi'nin bulutsu kompleksi. Fotoğraf: Jim Misti/Steve Mazlin/Robert Gendler

İşte Ophiuchus ve Akrep takımyıldızlarının sınırında yer alan bir kozmik gaz ve toz bulutları kompleksi. Lütfen dikkat: bulutların bir kısmı kırmızımsı bir parıltıyla parlak bir şekilde parlıyor, diğer kısmı ise tam tersine ışığı emiyor ve kara deliklere benziyor. Son olarak üçüncü kısım mavimsi bir renge sahiptir.

Her üç bulut türü de esas olarak hidrojenden ve az miktarda toz ve molekül karışımından oluşur. Neden farklı görünüyorlar? Her şey onların sıcaklığıyla ilgili. İçlerine dalmış yıldızların ışığıyla ısıtılan bulutlar parlamaya başlar. Kırmızı parıltı hidrojen radyasyonudur. Çok soğuk bulutlar ise tam tersine ışığı emer ve bu nedenle bizim için opaktır. Son olarak, soğuk fakat parlak yıldızlara yakın olan bulutlar mavimsi görünür. Onlar yıldızların ışığını yansıtarak onu Dünya'nın atmosferiyle aynı şekilde dağıtır!

Gönderi Görüntülemeleri: 4.624