Credit: Pixelbayn käyttäjä LalalaB. (CC0 Public Domain)
Miksi taivas on sininen? Se on yleinen lasten esittämä kysymys, ja yksinkertainen vastaus on, että ilmakehämme hajottaa sinistä valoa enemmän kuin punaista valoa, ja siksi taivas on sininen. Tämä on periaatteessa totta, mutta miksi emme sitten näe violettia taivasta?
Havaitsemamme sininen taivas riippuu kahdesta tekijästä: siitä, miten auringonvalo vuorovaikuttaa Maan ilmakehän kanssa, ja siitä, miten silmämme havaitsevat tuon valon.
Valon ollessa vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa se voi sirpaloitua, samaan tapaan kuin biljardipallo voi törmätä toiseen, jolloin ne lähtevät eri suuntiin. Ilmakehän sironnan päämuoto tunnetaan nimellä Rayleigh-sironta. Jos kuvittelet, että fotonit kimpoavat ilmamolekyyleistä, se on karkea approksimaatio. Fotonit ja ilmamolekyylit eivät kuitenkaan ole biljardipalloja, joten niissä on eroja. Yksi niistä on se, että sironnan määrä riippuu valon aallonpituudesta (tai väristä). Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä enemmän valo siroaa. Koska värisateenkaari, joka ulottuu punaisesta violettiin, vastaa valon aallonpituuksia, jotka vaihtelevat pitkistä lyhyisiin, lyhyemmät siniset aallonpituudet siroavat enemmän. Taivas näyttää siis siniseltä, koska sinistä valoa siroaa paljon. Tämä on myös syy siihen, miksi auringonlaskut voivat näyttää punaisilta. Sininen valo siroaa pois, jolloin auringonlasku näyttää punertavalta.
Mutta jos näin on, miksi taivas ei ole violetti? Toki sininen valo siroaa enemmän kuin punainen tai vihreä, mutta violetin valon aallonpituus on vielä lyhyempi, joten violetin pitäisi sirota enemmän kuin sinisen. Eikö taivaan pitäisi näyttää violetilta tai ainakin violetin siniseltä? Kävi ilmi, että taivaamme on violetti, mutta se näyttää siniseltä, koska silmämme toimivat.
ihmissilmä. Luotto: Wikipedia
Me emme näe yksittäisiä aallonpituuksia. Sen sijaan silmiemme verkkokalvoilla on kolmenlaisia väriherkkiä soluja, joita kutsutaan kävyiksi. Yksi tyyppi on herkin punaisille aallonpituuksille, kun taas kaksi muuta ovat herkimpiä vihreille ja sinisille aallonpituuksille. Kun katsomme jotakin ja valo osuu verkkokalvollemme, aivomme määrittelevät näkemämme värit kunkin käpylätyypin signaalin voimakkuuden perusteella. Nämä värit vastaavat suurin piirtein näkemiämme aallonpituuksia, mutta niissä on hienoisia eroja. Vaikka kunkin kartiotyypin herkkyys on suurimmillaan punaisella, vihreällä tai sinisellä, ne havaitsevat myös muita värejä. Valo, jonka aallonpituus on ”sininen”, stimuloi eniten sinisiä käpyjä, mutta ne stimuloivat myös hieman punaista ja vihreää. Jos todella sinistä valoa siroteltaisiin eniten, näkisimme taivaan hieman vihertävän sinisenä.
Vihertävää sävyä emme kuitenkaan näe, koska taivas on violettia valoa. Violetti siroaa eniten Maan ilmakehässä, mutta silmiemme siniset kartiot eivät ole sille yhtä herkkiä. Vaikka punaiset kartiomme eivät näe hyvin sinistä tai violettia valoa, ne ovat hieman herkempiä violetille kuin vihreät kartiomme. Jos vain violetit aallonpituudet hajoaisivat, näkisimme violetin valon punertavan sävyisenä. Mutta kun taivaan sininen ja violetti valo yhdistetään, sinisen vihertävä sävy ja violetin punertava sävy ovat suunnilleen samansävyisiä, ja ne häviävät toisistaan. Näemme siis vaaleansinisen taivaan.
Aallonpituuksiltaan Maan taivas on todella sinertävän violetti. Mutta silmiemme vuoksi näemme sen vaaleansinisenä.
Tutustu verkkosivuihini.
Olen astrofyysikko, professori ja kirjailija. Löydät suurimman osan töistäni osoitteesta briankoberlein.com