چرا آسمان در همه جا یکرنگ نیست؟

پایگاه خبری تحلیلی افق میهن (ofoghmihan.ir):

از نظر علمی، آسمان واقعاً بنفش است! بنفش طول موج کوتاه تری نسبت به آبی دارد و حتی بیشتر در هوا پراکنده می شود.

تصور کنید در یک صبح زیبا در قطب جنوب ایستاده اید. به آسمان نگاه می کنی؛ رنگ آبی آنقدر زنده، روشن و شفاف است که شما را مسحور می کند و هوا آنقدر تمیز است که می توانید طعم طراوت آن را بچشید. اکنون، در تضاد کامل، طوفان گرد و غبار را بر فراز کوه های هیمالیا در نظر بگیرید. برای نگاهی اجمالی به آن آبی شفاف نگاه می کنی، اما تنها چیزی که می بینی یک هاله سفید مه آلود است. چرا آسمان در برخی نقاط جهان آبی تر و روشن تر از جاهای دیگر است؟

دیدن زیبایی آسمان همیشه لذت بخش بوده است، اما ما اغلب دلیل رنگ آن را نادیده می گیریم. با این حال، دانشمندان دریافته اند که رنگ آسمان بسیار مهمتر از آن چیزی است که ما فکر می کنیم. در واقع این گنبد آبی مانند یک تابلوی راهنما است که به صورت بصری به ما نشان می دهد دقیقا چه ذراتی در هوای اطراف ما شناور هستند.

رقص نور و مولکول ها؛ چرا آسمان آبی است؟

رنگ آبی آسمان نتیجه یک پدیده فیزیکی شگفت انگیز به نام پراکندگی ریلی است. زمانی که نور خورشید وارد جو زمین می شود، میدان الکتریکی این امواج نوری، الکترون های موجود در مولکول های هوا (مانند نیتروژن و اکسیژن) را به لرزه در می آورد.

خود این الکترون های نوسانی نور را در همه جهات منعکس و ساطع می کنند. هر چه سریعتر توسط نور خورشید شتاب بگیرند، نور بیشتری از خود ساطع می کنند. از آنجایی که طول موج‌های کوتاه‌تر (مانند آبی و بنفش) فرکانس بالاتری دارند و باعث می‌شوند الکترون‌ها سریع‌تر حرکت کنند، این رنگ‌ها در آسمان بسیار شدیدتر ظاهر می‌شوند.

اما اگر بنفش بیشتر پراکنده است، چرا آسمان بنفش نیست؟

از نظر علمی، آسمان واقعاً بنفش است! بنفش طول موج کوتاه تری نسبت به آبی دارد و حتی بیشتر در هوا پراکنده می شود. اما دو دلیل ساده باعث می‌شود که آسمان را آبی ببینیم: اول اینکه بخش زیادی از نور بنفش توسط لایه‌های بالایی جو جذب می‌شود و دوم اینکه ساختار چشم انسان به رنگ آبی بسیار حساس‌تر است.

هنگامی که هوا به اصطلاح “سنگین” می شود و ذرات بزرگتر (آئروسل ها) مانند رطوبت، دوده و دود در آن معلق می شوند، نوع متفاوتی از پراکندگی نور به نام “پراکندگی Mie” رخ می دهد.

وقتی نور به این ذرات درشت برخورد می کند، برخلاف مولکول های تک نقطه ای هوا رفتار می کنند. قسمت های مختلف این ذرات به قسمت های مختلف موج نور واکنش نشان می دهند و در نتیجه الگوی بسیار پیچیده تری از پراکندگی نور ایجاد می شود. در این حالت، طول موج های مختلف نور خورشید تقریباً به طور مساوی در هوا پراکنده می شود و در نتیجه آسمانی سفید، ابری و غبارآلود ایجاد می شود. به همین دلیل است که ابرها (از قطرات ریز آب تشکیل شده اند) کاملا سفید به نظر می رسند.

در مطالعه جدیدی که به تازگی منتشر شده است، محققان این پدیده را به صورت زنده مورد بررسی قرار دادند. آنها طوفان گرد و غبار را بر فراز هیمالیا ردیابی کردند و خواص نوری آن را در طول مسیر تجزیه و تحلیل کردند.

دانشمندان متوجه شدند که با حرکت طوفان، گرد و غبار ناگزیر با آلاینده های موجود در هوا مخلوط می شود. آنها با اندازه‌گیری دقیق میزان نوری که این ذرات پراکنده، جذب و تغییر مسیر می‌دهند، دریافتند که وقتی گرد و غبار بیابان با آلاینده‌های دست‌ساز مخلوط می‌شود، این ذرات بزرگ‌تر نور را در طیف وسیع‌تری پراکنده می‌کنند و آسمان را سفید و مبهم می‌کنند.

آمیت سینگ چندل، محقق ارشد این مطالعه توضیح می دهد: «ما به ندرت غبار معدنی خالص را در هیمالیاهای غربی می بینیم. در عوض، ما با گرد و غبار آلوده روبرو هستیم. ترکیب پیچیده ای که در آن ذرات طبیعی زمین به بستری برای نشستن آلاینده های انسانی مانند کربن سیاه (دوده) و سولفات ها تبدیل می شوند. این ترکیب نحوه جذب نور و پراکندگی در ذرات را کاملاً تغییر می دهد.

چندل گفت وقتی آلاینده ها به ذرات گرد و غبار می چسبند، این ترکیب جدید نور خورشید را بسیار بیشتر از غبار خالص جذب می کند. جذب نور بیشتر به این معنی است که نور کمتری از جو عبور می کند و در نتیجه آسمان کدرتر و تیره تر به نظر می رسد.

شاید در نگاه اول فکر کنید که این تنها باعث تغییر رنگ آسمان می شود، اما عواقب آن بسیار گسترده تر و نگران کننده تر از یک تغییر رنگ ساده است.

فرانک رابینسون، دانشیار فیزیک در دانشگاه قلب مقدس که در این مطالعه شرکت نداشت، می گوید: “همین ذرات معلق در هوا به عنوان هسته های متراکم برای تشکیل ابرها عمل می کنند.” به دلیل توانایی شگفت انگیز این ذرات در تغییر ساختار ابرها و الگوهای آب و هوایی، دانشمندان توجه ویژه ای به آنها دارند.

وی ادامه می دهد: تاثیر ذرات معلق بر نحوه شکل گیری ابرها یکی از بزرگترین عدم قطعیت ها در مدل سازی آب و هوای جهان است، ابرهای با ارتفاع پایین که کومولوس نامیده می شوند (و تشکیل آنها توسط این ذرات آلاینده تسریع می شود)، مقدار زیادی از نور خورشید را به فضا منعکس کرده و زمین را خنک می کند. در مقابل، ابرهای در ارتفاع بالا یا سیروس اثر معکوس دارند و باعث گرم شدن کره زمین می شوند.

بنابراین، دفعه بعد که به آسمان نگاه کردید، به یاد داشته باشید که رنگ آبی شفاف یا سفیدی غبارآلود آن فقط یک منظره ساده نیست. بلکه شرح مفصلی از وضعیت هوایی است که تنفس می کنیم و آب و هوای آینده سیاره ای که در آن زندگی می کنیم.

منبع: عصر ایران