Bất chấp tiến bộ khoa học và quyền truy cập miễn phí vào nhiều nguồn thông tin, hiếm có người nào có thể trả lời chính xác câu hỏi tại sao bầu trời lại có màu xanh.
Tại sao bầu trời có màu xanh lam hoặc xanh lam vào ban ngày?
Ánh sáng trắng - thứ mà Mặt trời phát ra - được tạo thành từ bảy phần của quang phổ màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Vần điệu nhỏ được biết đến từ trường học - "Mọi thợ săn đều muốn biết gà lôi ngồi ở đâu" - xác định chính xác màu sắc của quang phổ này bằng các chữ cái đầu của mỗi từ. Mỗi màu có bước sóng ánh sáng riêng: màu đỏ là dài nhất và màu tím là ngắn nhất.
Bầu trời (khí quyển) quen thuộc với chúng ta bao gồm các vi hạt rắn, những giọt nước và phân tử khí nhỏ. Trong một thời gian dài, đã có một số giả định sai lầm khi cố gắng giải thích tại sao bầu trời lại có màu xanh:
- bầu khí quyển, bao gồm các hạt nước nhỏ và các phân tử của các loại khí khác nhau, cho phép các tia quang phổ màu xanh đi qua tốt và không cho phép các tia quang phổ màu đỏ chạm vào Trái đất;
- Các hạt rắn nhỏ - chẳng hạn như bụi - lơ lửng trong không khí phân tán ít bước sóng màu xanh lam và tím nhất, và do đó chúng có thể chạm tới bề mặt Trái đất, không giống như các màu khác của quang phổ.
Những giả thuyết này được nhiều nhà khoa học nổi tiếng ủng hộ, nhưng nghiên cứu của nhà vật lý người Anh John Rayleigh cho thấy các hạt rắn không phải là nguyên nhân chính gây ra sự tán xạ ánh sáng. Chính các phân tử khí trong khí quyển đã phân tách ánh sáng thành các thành phần màu sắc. Một tia sáng trắng va chạm với một hạt khí trên bầu trời sẽ phân tán (tán xạ) theo các hướng khác nhau.
Khi nó va chạm với một phân tử khí, mỗi thành phần trong số bảy thành phần màu của ánh sáng trắng sẽ bị tán xạ. Đồng thời, ánh sáng có sóng dài hơn (thành phần màu đỏ của quang phổ, bao gồm cả màu cam và màu vàng) bị phân tán kém hơn ánh sáng có sóng ngắn (thành phần màu xanh lam của quang phổ). Bởi vì điều này, sau khi tán xạ, số màu quang phổ xanh lam vẫn tồn tại trong không khí nhiều gấp 8 lần so với màu đỏ.
Mặc dù màu tím có bước sóng ngắn nhất nhưng bầu trời vẫn có màu xanh do sự kết hợp của sóng tím và xanh lục. Ngoài ra, mắt chúng ta cảm nhận màu xanh lam tốt hơn màu tím vì cả hai đều có cùng độ sáng. Chính những sự thật này đã quyết định cách phối màu của bầu trời: bầu khí quyển thực sự tràn ngập những tia màu xanh lam.
Vậy tại sao hoàng hôn lại có màu đỏ?
Tuy nhiên, bầu trời không phải lúc nào cũng trong xanh. Câu hỏi được đặt ra một cách tự nhiên: nếu chúng ta nhìn thấy bầu trời xanh cả ngày thì tại sao hoàng hôn lại có màu đỏ? Ở trên chúng ta đã phát hiện ra rằng màu đỏ ít bị phân tán nhất bởi các phân tử khí. Trong lúc hoàng hôn, Mặt trời tiến đến đường chân trời và tia sáng mặt trời hướng về bề mặt Trái đất không phải theo phương thẳng đứng như ban ngày mà theo một góc.
Do đó, quãng đường nó đi qua bầu khí quyển dài hơn nhiều so với quãng đường nó đi vào ban ngày khi Mặt trời lên cao. Do đó, quang phổ xanh lam bị hấp thụ trong một lớp dày của khí quyển, không đến được Trái đất. Và các sóng ánh sáng dài hơn của quang phổ đỏ-vàng chạm tới bề mặt Trái đất, tô màu bầu trời và các đám mây với màu đỏ và vàng đặc trưng của hoàng hôn.
Tại sao mây có màu trắng?
Hãy chạm vào chủ đề của những đám mây. Tại sao lại có mây trắng trên bầu trời xanh? Đầu tiên, hãy nhớ lại cách chúng được hình thành. Không khí ẩm chứa hơi nước vô hình, được làm nóng ở bề mặt trái đất, bốc lên và nở ra do áp suất không khí ở phía trên thấp hơn. Khi không khí giãn nở, nó nguội đi. Khi hơi nước đạt đến nhiệt độ nhất định, nó ngưng tụ xung quanh bụi khí quyển và các chất rắn lơ lửng khác, tạo thành những giọt nước nhỏ kết hợp lại tạo thành đám mây.
Mặc dù có kích thước tương đối nhỏ nhưng các phân tử nước lớn hơn nhiều so với các phân tử khí. Và nếu khi gặp các phân tử không khí, tia nắng bị tán xạ thì khi gặp các giọt nước, ánh sáng sẽ bị phản xạ lại từ chúng. Trong trường hợp này, tia sáng trắng ban đầu không đổi màu, đồng thời “tô màu” cho các phân tử của mây thành màu trắng.
Khi gió tung chiếc áo choàng trắng mịn trong suốt lên bầu trời xanh tuyệt đẹp, mọi người bắt đầu ngước nhìn lên thường xuyên hơn. Nếu đồng thời nó cũng khoác lên mình một chiếc áo khoác lông lớn màu xám có những sợi mưa màu bạc, thì những người xung quanh sẽ che ô cho nó. Nếu trang phục có màu tím đậm thì mọi người đang ngồi ở nhà và muốn ngắm nhìn bầu trời xanh đầy nắng.
Và chỉ khi bầu trời xanh đầy nắng được chờ đợi từ lâu xuất hiện, khoác lên mình bộ váy xanh rực rỡ được trang trí bằng những tia nắng vàng, mọi người mới vui mừng - và mỉm cười rời khỏi nhà chờ thời tiết tốt.
Câu hỏi tại sao bầu trời có màu xanh đã khiến tâm trí con người lo lắng từ thời xa xưa. Truyền thuyết Hy Lạp đã tìm thấy câu trả lời của họ. Họ tuyên bố rằng sắc thái này được tạo ra bởi tinh thể đá tinh khiết nhất.
Vào thời của Leonardo da Vinci và Goethe, họ cũng tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi tại sao bầu trời lại có màu xanh. Họ tin rằng màu xanh của bầu trời có được bằng cách trộn ánh sáng với bóng tối. Nhưng sau đó, lý thuyết này đã bị bác bỏ vì cho rằng không thể đứng vững được, vì hóa ra bằng cách kết hợp những màu này, bạn chỉ có thể thu được các tông màu của phổ màu xám chứ không phải màu.
Sau một thời gian, câu trả lời cho câu hỏi tại sao bầu trời có màu xanh đã được Marriott, Bouguer và Euler cố gắng giải thích vào thế kỷ 18. Họ tin rằng đây là màu sắc tự nhiên của các hạt tạo nên không khí. Lý thuyết này đã phổ biến ngay cả vào đầu thế kỷ tiếp theo, đặc biệt là khi người ta phát hiện ra rằng oxy lỏng có màu xanh lam và ozon lỏng có màu xanh lam.
Saussure là người đầu tiên đưa ra một ý tưởng ít nhiều hợp lý, ông cho rằng nếu không khí hoàn toàn trong lành, không có tạp chất thì bầu trời sẽ trở nên đen. Nhưng vì bầu khí quyển chứa nhiều yếu tố khác nhau (ví dụ, hơi nước hoặc giọt nước), nên chúng phản chiếu màu sắc, mang lại cho bầu trời sắc thái mong muốn.
Sau đó, các nhà khoa học bắt đầu ngày càng tiến gần hơn đến sự thật. Arago phát hiện ra sự phân cực, một trong những đặc điểm của ánh sáng tán xạ bật ra khỏi bầu trời. Vật lý chắc chắn đã giúp ích cho nhà khoa học trong khám phá này. Sau đó, các nhà nghiên cứu khác bắt đầu tìm kiếm câu trả lời. Đồng thời, câu hỏi tại sao bầu trời có màu xanh lại được các nhà khoa học quan tâm đến mức rất nhiều thí nghiệm khác nhau đã được thực hiện để tìm ra câu trả lời, dẫn đến ý kiến cho rằng nguyên nhân chính dẫn đến sự xuất hiện của màu xanh là do các tia Mặt trời của chúng ta chỉ đơn giản là bị phân tán trong bầu khí quyển.
Giải thích
Người đầu tiên đưa ra câu trả lời dựa trên toán học cho sự tán xạ ánh sáng phân tử là nhà nghiên cứu người Anh Rayleigh. Ông đưa ra giả thuyết rằng ánh sáng bị tán xạ không phải do tạp chất trong khí quyển mà do bản thân các phân tử không khí.
Các tia mặt trời truyền tới Trái đất thông qua bầu khí quyển của nó (một lớp không khí dày), được gọi là lớp vỏ không khí của hành tinh. Bầu trời tối hoàn toàn chứa đầy không khí, mặc dù hoàn toàn trong suốt nhưng không trống rỗng mà bao gồm các phân tử khí - nitơ (78%) và oxy (21%), cũng như các giọt nước, hơi nước, tinh thể băng và các hạt nhỏ. các mảnh vật liệu rắn (ví dụ: các hạt bụi, bồ hóng, tro, muối biển, v.v.).
Một số tia có thể di chuyển tự do giữa các phân tử khí, bỏ qua chúng hoàn toàn và do đó chạm tới bề mặt hành tinh của chúng ta mà không thay đổi, nhưng hầu hết các tia va chạm với các phân tử khí, chúng bị kích thích, nhận năng lượng và giải phóng hoàn toàn các tia nhiều màu theo các hướng khác nhau. tô màu bầu trời, khiến chúng ta nhìn thấy bầu trời xanh đầy nắng.
Bản thân ánh sáng trắng bao gồm tất cả các màu sắc của cầu vồng, thường có thể được nhìn thấy khi nó được chia thành các phần cấu thành.
Điều xảy ra là các phân tử không khí phân tán màu xanh lam và tím nhiều nhất, vì chúng là phần ngắn nhất của quang phổ vì chúng có bước sóng ngắn nhất.
Khi màu xanh lam và tím hòa trộn trong khí quyển với một lượng nhỏ màu đỏ, vàng và xanh lục, bầu trời bắt đầu “tỏa sáng” màu xanh lam.
Vì bầu khí quyển trên hành tinh của chúng ta không đồng nhất mà khá khác nhau (ở gần bề mặt Trái đất, nó đặc hơn ở trên), nó có cấu trúc và tính chất khác nhau, nên chúng ta có thể quan sát thấy các tông màu xanh lam. Trước khi mặt trời lặn hoặc bình minh, khi độ dài của tia nắng tăng lên đáng kể, các màu xanh lam và tím nằm rải rác trong bầu khí quyển và hoàn toàn không chạm tới bề mặt hành tinh của chúng ta. Những làn sóng màu vàng-đỏ mà chúng ta quan sát được trên bầu trời trong khoảng thời gian này đã tiếp cận thành công.
Vào ban đêm, khi tia nắng mặt trời không thể tới được một phía nhất định của hành tinh, bầu khí quyển ở đó trở nên trong suốt và chúng ta nhìn thấy không gian “đen”. Đây chính xác là cách các phi hành gia trên bầu khí quyển nhìn thấy nó. Điều đáng chú ý là các phi hành gia đã rất may mắn, vì khi ở độ cao hơn 15 km so với bề mặt Trái đất, vào ban ngày họ có thể quan sát đồng thời Mặt trời và các ngôi sao.
Màu sắc bầu trời ở các hành tinh khác
Bầu trời của sao Thiên Vương có màu xanh ngọc rất đẹp. Bầu khí quyển của nó bao gồm chủ yếu là helium và hydro. Nó cũng chứa khí mê-tan, chất hấp thụ hoàn toàn màu đỏ và phân tán các màu xanh lục và xanh lam. Bầu trời của Sao Hải Vương có màu xanh lam: trong bầu khí quyển của hành tinh này không có nhiều heli và hydro như của chúng ta nhưng có rất nhiều khí mê-tan, chất trung hòa ánh sáng đỏ.
Bầu khí quyển trên Mặt trăng, vệ tinh của Trái đất cũng như trên Sao Thủy và Sao Diêm Vương hoàn toàn không có, do đó, các tia sáng không bị phản xạ nên bầu trời ở đây có màu đen và các ngôi sao rất dễ phân biệt. Màu xanh lam và xanh lục của tia nắng mặt trời bị bầu khí quyển của sao Kim hấp thụ hoàn toàn và khi Mặt trời ở gần đường chân trời, bầu trời có màu vàng.
Vào một ngày nắng đẹp, bầu trời phía trên chúng tôi trông có vẻ trong xanh. Vào buổi tối, hoàng hôn nhuộm bầu trời màu đỏ, hồng và cam. Vậy tại sao bầu trời lại có màu xanh và điều gì khiến hoàng hôn có màu đỏ?
Mặt trời có màu gì?
Tất nhiên là mặt trời có màu vàng! Tất cả cư dân trên trái đất sẽ trả lời và cư dân trên Mặt trăng sẽ không đồng ý với họ.
Từ Trái đất, Mặt trời xuất hiện màu vàng. Nhưng trong không gian hoặc trên Mặt trăng, Mặt trời sẽ có màu trắng đối với chúng ta. Không có bầu khí quyển trong không gian để phân tán ánh sáng mặt trời.
Trên Trái đất, một số bước sóng ngắn của ánh sáng mặt trời (xanh lam và tím) bị hấp thụ do tán xạ. Phần còn lại của quang phổ xuất hiện màu vàng.
Và trong không gian, bầu trời có vẻ tối hoặc đen thay vì xanh. Đây là kết quả của việc không có bầu khí quyển, do đó ánh sáng không bị tán xạ theo bất kỳ cách nào.
Nhưng nếu bạn hỏi về màu sắc của mặt trời vào buổi tối. Đôi khi câu trả lời là mặt trời có màu ĐỎ. Nhưng tại sao?
Tại sao mặt trời có màu đỏ vào lúc hoàng hôn?
Khi Mặt trời di chuyển về phía hoàng hôn, ánh sáng mặt trời phải di chuyển một khoảng cách lớn hơn trong khí quyển để đến được người quan sát. Ít ánh sáng trực tiếp tới mắt chúng ta hơn và Mặt trời dường như kém sáng hơn.
Vì ánh sáng mặt trời phải di chuyển quãng đường dài hơn nên xảy ra hiện tượng tán xạ nhiều hơn. Phần màu đỏ của quang phổ ánh sáng mặt trời truyền qua không khí tốt hơn phần màu xanh lam. Và chúng ta thấy mặt trời đỏ. Mặt trời càng đi xuống đường chân trời thì “kính lúp” thoáng đãng mà chúng ta nhìn thấy nó càng lớn và nó càng đỏ hơn.
Vì lý do tương tự, đối với chúng ta, Mặt trời dường như có đường kính lớn hơn nhiều so với ban ngày: lớp không khí đóng vai trò là kính lúp đối với người quan sát trên trái đất.
Bầu trời xung quanh mặt trời lặn có thể có nhiều màu sắc khác nhau. Bầu trời đẹp nhất khi trong không khí chứa nhiều hạt bụi hoặc nước nhỏ. Những hạt này phản chiếu ánh sáng theo mọi hướng. Trong trường hợp này, sóng ánh sáng ngắn hơn bị tán xạ. Người quan sát nhìn thấy các tia sáng có bước sóng dài hơn, đó là lý do tại sao bầu trời có màu đỏ, hồng hoặc cam.
Ánh sáng nhìn thấy được là một loại năng lượng có thể truyền đi trong không gian. Ánh sáng từ Mặt trời hoặc đèn sợi đốt xuất hiện màu trắng, mặc dù trên thực tế nó là hỗn hợp của tất cả các màu. Các màu cơ bản tạo nên màu trắng là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Những màu này liên tục biến đổi lẫn nhau nên ngoài những màu cơ bản còn có một số lượng lớn các sắc thái khác nhau. Tất cả những màu sắc và sắc thái này có thể được quan sát trên bầu trời dưới dạng cầu vồng xuất hiện ở khu vực có độ ẩm cao.
Không khí lấp đầy toàn bộ bầu trời là hỗn hợp của các phân tử khí nhỏ và các hạt rắn nhỏ như bụi.
Các tia mặt trời đến từ không gian bắt đầu phân tán dưới tác động của các khí trong khí quyển và quá trình này xảy ra theo Định luật tán xạ Rayleigh. Khi ánh sáng truyền qua khí quyển, hầu hết các bước sóng dài của quang phổ quang học đều truyền qua không thay đổi. Chỉ một phần nhỏ các màu đỏ, cam và vàng tương tác với không khí, va vào các phân tử và bụi.
Khi ánh sáng va chạm với các phân tử khí, ánh sáng có thể bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau. Một số màu, chẳng hạn như màu đỏ và màu cam, đến trực tiếp với người quan sát bằng cách truyền trực tiếp qua không khí. Nhưng hầu hết ánh sáng xanh được phản xạ từ các phân tử không khí theo mọi hướng. Điều này làm phân tán ánh sáng xanh khắp bầu trời và làm cho nó có màu xanh lam.
Tuy nhiên, nhiều bước sóng ánh sáng ngắn hơn bị các phân tử khí hấp thụ. Sau khi được hấp thụ, màu xanh sẽ được phát ra theo mọi hướng. Nó nằm rải rác khắp nơi trên bầu trời. Cho dù bạn nhìn theo hướng nào, một số ánh sáng xanh rải rác này vẫn chạm đến người quan sát. Vì ánh sáng xanh có thể nhìn thấy được ở mọi nơi trên đầu nên bầu trời có màu xanh lam.
Nếu bạn nhìn về phía chân trời, bầu trời sẽ có màu nhạt hơn. Đây là kết quả của việc ánh sáng truyền đi một khoảng cách lớn hơn trong bầu khí quyển để đến được người quan sát. Ánh sáng tán xạ lại bị phân tán bởi bầu khí quyển và ít ánh sáng xanh lọt vào mắt người quan sát hơn. Do đó, màu sắc của bầu trời gần đường chân trời có vẻ nhạt hơn hoặc thậm chí có vẻ trắng hoàn toàn.
Tại sao không gian có màu đen?
Không có không khí trong không gian bên ngoài. Vì không có vật cản nào khiến ánh sáng có thể bị phản xạ nên ánh sáng truyền trực tiếp. Các tia sáng không bị tán xạ, và “bầu trời” hiện ra tối tăm và đen kịt.
Bầu không khí.
Khí quyển là hỗn hợp các loại khí và các chất khác bao quanh Trái đất dưới dạng lớp vỏ mỏng, hầu hết trong suốt. Bầu khí quyển được giữ cố định bởi lực hấp dẫn của Trái đất. Các thành phần chính của khí quyển là nitơ (78,09%), oxy (20,95%), argon (0,93%) và carbon dioxide (0,03%). Bầu khí quyển cũng chứa một lượng nhỏ nước (ở những nơi khác nhau, nồng độ của nó dao động từ 0% đến 4%), các hạt rắn, khí neon, heli, metan, hydro, krypton, ozon và xenon. Khoa học nghiên cứu về khí quyển được gọi là khí tượng học.
Sự sống trên Trái đất sẽ không thể tồn tại nếu không có bầu khí quyển cung cấp oxy mà chúng ta cần để thở. Ngoài ra, bầu khí quyển còn thực hiện một chức năng quan trọng khác - nó cân bằng nhiệt độ trên toàn hành tinh. Nếu không có bầu khí quyển thì ở một số nơi trên hành tinh có thể có nhiệt độ nóng nực và ở những nơi khác cực kỳ lạnh, phạm vi nhiệt độ có thể dao động từ -170°C vào ban đêm đến +120°C vào ban ngày. Bầu khí quyển cũng bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ có hại từ Mặt trời và không gian, hấp thụ và phân tán nó.
Cấu trúc của khí quyển
Bầu khí quyển bao gồm các lớp khác nhau, sự phân chia thành các lớp này xảy ra theo nhiệt độ, thành phần phân tử và tính chất điện của chúng. Các lớp này không có ranh giới xác định rõ ràng; chúng thay đổi theo mùa và các thông số của chúng thay đổi ở các vĩ độ khác nhau.
đồng quyển
- 100 km phía dưới bao gồm tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng trung lưu.
- Chiếm 99% khối lượng của khí quyển.
- Các phân tử không được phân tách theo trọng lượng phân tử.
- Thành phần khá đồng nhất, ngoại trừ một số dị thường cục bộ nhỏ. Tính đồng nhất được duy trì bằng cách trộn liên tục, nhiễu loạn và khuếch tán hỗn loạn.
- Nước là một trong hai thành phần phân bố không đều. Khi hơi nước bốc lên, nó nguội đi và ngưng tụ, sau đó quay trở lại mặt đất dưới dạng mưa - tuyết và mưa. Bản thân tầng bình lưu rất khô.
- Ozone là một phân tử khác có sự phân bố không đồng đều. (Đọc phần dưới đây về tầng ozone trong tầng bình lưu.)
dị quyển
- Mở rộng phía trên tầng đối lưu và bao gồm tầng nhiệt và tầng ngoài.
- Việc phân tách các phân tử trong lớp này dựa trên trọng lượng phân tử của chúng. Các phân tử nặng hơn như nitơ và oxy tập trung ở đáy lớp. Những chất nhẹ hơn, heli và hydro, chiếm ưu thế ở phần trên của dị quyển.
Phân chia khí quyển thành các lớp tùy thuộc vào tính chất điện của chúng.
Bầu không khí trung tính
- Dưới 100 km.
Tầng điện ly
- Khoảng trên 100km.
- Chứa các hạt tích điện (ion) được tạo ra do hấp thụ tia cực tím
- Mức độ ion hóa thay đổi theo độ cao.
- Các lớp khác nhau phản ánh sóng vô tuyến dài và ngắn. Điều này cho phép các tín hiệu vô tuyến truyền theo đường thẳng uốn cong quanh bề mặt hình cầu của trái đất.
- Cực quang xảy ra trong các tầng khí quyển này.
- Từ quyển là phần trên của tầng điện ly, kéo dài đến độ cao xấp xỉ 70.000 km, độ cao này phụ thuộc vào cường độ gió mặt trời. Từ quyển bảo vệ chúng ta khỏi các hạt tích điện năng lượng cao từ gió mặt trời bằng cách giữ chúng trong từ trường Trái đất.
Phân chia khí quyển thành các lớp tùy thuộc vào nhiệt độ của chúng
Chiều cao đường viền trên cùng tầng đối lưu phụ thuộc vào mùa và vĩ độ. Nó kéo dài từ bề mặt trái đất đến độ cao khoảng 16 km ở xích đạo và đến độ cao 9 km ở Bắc Cực và Nam Cực.
- Tiền tố "tropo" có nghĩa là thay đổi. Những thay đổi trong các thông số của tầng đối lưu xảy ra do điều kiện thời tiết - ví dụ, do sự chuyển động của các mặt trận khí quyển.
- Khi độ cao tăng lên, nhiệt độ giảm xuống. Không khí ấm bốc lên, sau đó nguội đi và rơi trở lại Trái đất. Quá trình này được gọi là sự đối lưu, nó xảy ra do sự chuyển động của các khối không khí. Gió trong lớp này thổi chủ yếu theo phương thẳng đứng.
- Lớp này chứa nhiều phân tử hơn tất cả các lớp khác cộng lại.
Tầng bình lưu- kéo dài từ độ cao khoảng 11 km đến 50 km.
- Có lớp không khí rất mỏng.
- Tiền tố "strato" dùng để chỉ các lớp hoặc phân chia thành các lớp.
- Phần dưới của tầng bình lưu khá yên tĩnh. Máy bay phản lực thường bay xuống tầng bình lưu phía dưới để tránh thời tiết xấu ở tầng đối lưu.
- Trên đỉnh của tầng bình lưu có những cơn gió mạnh được gọi là dòng phản lực ở độ cao lớn. Chúng thổi theo chiều ngang với tốc độ lên tới 480 km/h.
- Tầng bình lưu chứa "tầng ozone", nằm ở độ cao khoảng 12 đến 50 km (tùy theo vĩ độ). Tuy nồng độ ozone ở tầng này chỉ 8 ml/m 3 nhưng nó có tác dụng hấp thụ rất tốt các tia cực tím có hại từ mặt trời, từ đó bảo vệ sự sống trên trái đất. Phân tử ozone bao gồm ba nguyên tử oxy. Các phân tử oxy chúng ta thở có chứa hai nguyên tử oxy.
- Tầng bình lưu rất lạnh, nhiệt độ ở phía dưới xấp xỉ -55°C và tăng dần theo độ cao. Nhiệt độ tăng lên là do sự hấp thụ tia cực tím của oxy và ozon.
Tầng trung lưu- kéo dài đến độ cao khoảng 100 km.
Một trong những đặc điểm nổi bật của con người là tính tò mò. Chắc hẳn ai khi còn nhỏ đều nhìn bầu trời và thắc mắc: “Tại sao bầu trời lại có màu xanh?” Hóa ra, câu trả lời cho những câu hỏi tưởng chừng đơn giản như vậy đòi hỏi một số nền tảng kiến thức trong lĩnh vực vật lý, và do đó không phải cha mẹ nào cũng có thể giải thích chính xác cho con mình lý do của hiện tượng này.
Chúng ta hãy xem xét vấn đề này từ góc độ khoa học.
Phạm vi bước sóng của bức xạ điện từ bao phủ gần như toàn bộ phổ bức xạ điện từ, bao gồm cả bức xạ mà con người có thể nhìn thấy. Hình ảnh dưới đây cho thấy sự phụ thuộc của cường độ bức xạ mặt trời vào bước sóng của bức xạ này.
Phân tích hình ảnh này, chúng ta có thể nhận thấy một thực tế là bức xạ khả kiến cũng được thể hiện bằng cường độ không đồng đều đối với bức xạ có bước sóng khác nhau. Do đó, màu tím đóng góp tương đối nhỏ vào bức xạ khả kiến và đóng góp lớn nhất là màu xanh lam và xanh lục.
Tại sao bầu trời lại có màu xanh?
Trước hết, câu hỏi này được đặt ra bởi thực tế là không khí là một chất khí không màu và không phát ra ánh sáng xanh. Rõ ràng, nguyên nhân của bức xạ như vậy là do ngôi sao của chúng ta.
Như bạn đã biết, ánh sáng trắng thực chất là sự kết hợp của bức xạ từ tất cả các màu của quang phổ nhìn thấy được. Bằng cách sử dụng lăng kính, ánh sáng có thể được phân tách rõ ràng thành đủ các màu sắc. Hiệu ứng tương tự xảy ra trên bầu trời sau mưa và tạo thành cầu vồng. Khi ánh sáng mặt trời đi vào bầu khí quyển trái đất, nó bắt đầu phân tán, tức là bức xạ thay đổi hướng của nó. Tuy nhiên, điểm đặc biệt của thành phần không khí là khi ánh sáng đi vào nó, bức xạ có bước sóng ngắn bị tán xạ mạnh hơn bức xạ sóng dài. Do đó, tính đến phổ được mô tả trước đó, bạn có thể thấy rằng ánh sáng đỏ và cam thực tế sẽ không thay đổi quỹ đạo khi truyền qua không khí, trong khi bức xạ tím và xanh lam sẽ thay đổi hướng rõ rệt. Vì lý do này, một ánh sáng sóng ngắn “lang thang” nhất định xuất hiện trong không khí, liên tục bị phân tán trong môi trường này. Kết quả của hiện tượng được mô tả là bức xạ sóng ngắn trong quang phổ khả kiến (tím, lục lam, xanh lam) dường như được phát ra từ mọi điểm trên bầu trời.
Một thực tế nổi tiếng về nhận biết bức xạ là mắt người chỉ có thể bắt và nhìn thấy bức xạ nếu nó đi thẳng vào mắt. Sau đó, nhìn lên bầu trời, rất có thể bạn sẽ thấy các sắc thái của bức xạ khả kiến đó, bước sóng của nó là ngắn nhất, vì đây là bức xạ phân tán tốt nhất trong không khí.
Tại sao bạn không nhìn thấy màu đỏ rõ ràng khi nhìn vào Mặt trời? Thứ nhất, một người khó có thể kiểm tra cẩn thận Mặt trời vì bức xạ cường độ cao có thể làm hỏng cơ quan thị giác. Thứ hai, bất chấp sự tồn tại của hiện tượng như sự tán xạ ánh sáng trong không khí, hầu hết ánh sáng do Mặt trời phát ra đều chạm tới bề mặt Trái đất mà không bị tán xạ. Do đó, tất cả các màu của quang phổ bức xạ nhìn thấy được kết hợp lại, tạo thành ánh sáng có màu trắng rõ rệt hơn.
Hãy quay trở lại với ánh sáng tán xạ trong không khí, màu sắc của nó, như chúng ta đã xác định, phải có bước sóng ngắn nhất. Trong số các bức xạ khả kiến, màu tím có bước sóng ngắn nhất, tiếp theo là màu xanh lam và màu xanh lam có bước sóng dài hơn một chút. Có tính đến cường độ bức xạ mặt trời không đồng đều, có thể thấy rõ rằng sự đóng góp của màu tím là không đáng kể. Do đó, đóng góp lớn nhất vào bức xạ bị tán xạ bởi không khí đến từ màu xanh lam, tiếp theo là màu xanh lam.
Tại sao hoàng hôn có màu đỏ?
Trong trường hợp Mặt trời ẩn sau đường chân trời, chúng ta có thể quan sát thấy bức xạ sóng dài tương tự có màu đỏ cam. Trong trường hợp này, ánh sáng từ Mặt trời phải truyền đi một khoảng cách lớn hơn đáng kể trong bầu khí quyển Trái đất trước khi đến mắt người quan sát. Tại thời điểm bức xạ mặt trời bắt đầu tương tác với khí quyển, màu xanh lam và xanh lam là rõ rệt nhất. Tuy nhiên, theo khoảng cách, bức xạ sóng ngắn mất cường độ vì nó bị phân tán đáng kể trên đường đi. Trong khi bức xạ sóng dài làm rất tốt nhiệm vụ bao phủ khoảng cách xa như vậy. Đó là lý do tại sao Mặt trời có màu đỏ vào lúc hoàng hôn.
Như đã đề cập trước đó, mặc dù bức xạ sóng dài bị phân tán yếu trong không khí nhưng sự tán xạ vẫn diễn ra. Do đó, khi ở trên đường chân trời, Mặt trời phát ra ánh sáng, từ đó chỉ có bức xạ có tông màu đỏ cam mới đến được người quan sát, ánh sáng này có thời gian tiêu tán trong khí quyển, tạo thành ánh sáng “lang thang” đã đề cập trước đó. Loại thứ hai tô màu bầu trời với các sắc thái đa dạng như đỏ và cam.
Tại sao mây có màu trắng?
Nói về các đám mây, chúng ta biết rằng chúng bao gồm những giọt chất lỏng cực nhỏ tán xạ ánh sáng khả kiến gần như đồng đều, bất kể bước sóng của bức xạ. Sau đó, ánh sáng tán xạ, hướng theo mọi hướng từ giọt nước, lại bị tán xạ lên các giọt nước khác. Trong trường hợp này, sự kết hợp bức xạ của tất cả các bước sóng được bảo toàn và các đám mây “phát sáng” (phản chiếu) màu trắng.
Nếu thời tiết nhiều mây thì rất ít bức xạ mặt trời tới được bề mặt Trái đất. Trong trường hợp có nhiều đám mây lớn hoặc số lượng lớn, một phần ánh sáng mặt trời bị hấp thụ, khiến bầu trời mờ đi và có màu xám.