چرا آسمان در همه جا یکرنگ نیست؟

از نظر علمی، آسمان واقعاً بنفش است! رنگ بنفش طول موج کوتاه‌تری نسبت به آبی دارد و حتی بیشتر از آن در هوا پراکنده می‌شود.

کد خبر: ۹۱۷۷۱۳

تاریخ: ۲۶ فروردين ۱۴۰۵ - ۱۳:۰۰

تصور کنید در یک صبح دل‌انگیز در قطب جنوب ایستاده‌اید. به آسمان نگاه می‌کنید؛ رنگ آبی آن‌چنان زنده، درخشان و شفاف است که شما را مسحور می‌کند و هوا به قدری پاک است که گویی می‌توانید طراوت آن را بچشید. حالا در تضادی آشکار، یک طوفان گرد و غبار را بر فراز کوه‌های هیمالیا در نظر بگیرید؛ چشمانتان را ریز می‌کنید تا شاید رگه‌ای از آن آبیِ زلال را ببینید، اما تنها چیزی که به چشم می‌آید، یک هاله سفید و مه‌آلود است. واقعاً چرا آسمان در برخی نقاط کره زمین آبی‌تر و درخشان‌تر از جاهای دیگر است؟

تماشای زیبایی آسمان همیشه لذت‌بخش بوده، اما معمولاً به سادگی از کنار دلیل رنگ آن می‌گذریم. با این حال، دانشمندان دریافته‌اند که رنگ آسمان بسیار مهم‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کنیم. در واقع، این گنبد آبی‌رنگ مانند یک تابلوی راهنما، به صورت بصری به ما نشان می‌دهد که دقیقاً چه ذراتی در هوای اطراف ما شناور هستند.

رقص نور و مولکول‌ها؛ چرا آسمان آبی است؟

رنگ آبی آسمان نتیجه یک پدیده شگفت‌انگیز فیزیکی به نام «پراکندگی رایلی» (Rayleigh scattering) است. زمانی که نور خورشید وارد جو زمین می‌شود، میدان الکتریکیِ این امواج نوری، الکترون‌های موجود در مولکول‌های هوا (مانند نیتروژن و اکسیژن) را به ارتعاش درمی‌آورد.

این الکترون‌های در حال نوسان، خودشان نور را در تمام جهات بازتاب داده و ساطع می‌کنند. هرچه سرعت شتاب گرفتن آن‌ها توسط نور خورشید بیشتر باشد، نور بیشتری از خود ساطع می‌کنند. از آنجا که طول موج‌های کوتاه‌تر (مثل آبی و بنفش) فرکانس بالاتری دارند و الکترون‌ها را با سرعت بیشتری به حرکت درمی‌آورند، این رنگ‌ها با شدت بسیار بیشتری در آسمان پخش می‌شوند.

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

از نظر علمی، آسمان واقعاً بنفش است! رنگ بنفش طول موج کوتاه‌تری نسبت به آبی دارد و حتی بیشتر از آن در هوا پراکنده می‌شود. اما دو دلیل ساده باعث می‌شود ما آسمان را آبی ببینیم: اول اینکه بخش زیادی از نور بنفش توسط لایه‌های بالایی اتمسفر جذب می‌شود و دوم اینکه ساختمان چشم انسان به رنگ آبی حساسیت بسیار بیشتری دارد.

زمانی که هوا به اصطلاح «سنگین» می‌شود و ذرات درشت‌تری (آئروسل‌ها) مانند رطوبت، دوده و دود در آن معلق می‌شوند، نوع متفاوتی از پراکندگی نور به نام «پراکندگی می» (Mie scattering) رخ می‌دهد.

وقتی نور با این ذرات درشت برخورد می‌کند، رفتار آن‌ها شبیه به مولکول‌های تک‌نقطه‌ایِ هوا نیست. بخش‌های مختلف این ذرات به قسمت‌های متفاوتی از موج نوری واکنش نشان می‌دهند و در نتیجه، الگوی بسیار پیچیده‌تری از پراکندگی نور ایجاد می‌شود. در این حالت، طول موج‌های مختلف نور خورشید تقریباً به یک اندازه در هوا پراکنده می‌شوند که نتیجه آن، آسمانی سفید، کدر و غبارآلود است. به همین دلیل است که ابرها (که از قطرات ریز آب تشکیل شده‌اند) کاملاً سفید به نظر می‌رسند.

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

دانشمندان متوجه شدند که با حرکت طوفان، گرد و غبار به ناچار با ذرات آلاینده معلق در هوا مخلوط می‌شود. آن‌ها با اندازه‌گیری دقیق میزان پراکندگی، جذب و تغییر مسیر نور توسط این ذرات، دریافتند که وقتی غبار بیابان با آلاینده‌های دست‌ساز بشر ترکیب می‌شود، این ذرات درشت‌تر، نور را در طیف وسیع‌تری پراکنده می‌کنند و آسمان را به رنگ سفید و مه‌آلود درمی‌آورند.

آمیت سینگ چاندل، محقق ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد: «ما در غرب هیمالیا به ندرت غبار معدنی خالص می‌بینیم. در عوض، با یک غبار آلوده روبرو هستیم؛ ترکیب پیچیده‌ای که در آن ذرات طبیعی زمین به بستری برای نشستن آلاینده‌های انسانی مانند کربن سیاه (دوده) و سولفات‌ها تبدیل می‌شوند. این ترکیب، نحوه جذب و پراکندگی نور را در ذرات به کلی تغییر می‌دهد.»

به گفته چاندل، وقتی آلاینده‌ها به ذرات گرد و غبار می‌چسبند، این ترکیب جدید بسیار بیشتر از غبار خالص، نور خورشید را می‌بلعد. جذب بیشتر نور به این معنی است که نور کمتری از جو عبور می‌کند و در نتیجه، آسمان کدر و تاریک‌تر به نظر می‌رسد.

شاید در نگاه اول فکر کنید این اتفاق فقط باعث تغییر ظاهری در رنگ آسمان می‌شود، اما پیامدهای آن بسیار گسترده‌تر و نگران‌کننده‌تر از یک تغییر رنگ ساده است.

فرانک روبینسون، دانشیار فیزیک در دانشگاه سِکرِد هارت (Sacred Heart) که در این مطالعه حضور نداشته است، در این باره می‌گوید: «همین ذرات معلق (آئروسل‌ها) به عنوان هسته‌های تراکم برای تشکیل ابرها عمل می‌کنند. به دلیل توانایی شگرف این ذرات در تغییر ساختار ابرها و الگوهای آب‌وهوایی، دانشمندان توجه ویژه‌ای به آن‌ها دارند.»

او در ادامه می‌افزاید: «تاثیر ذرات معلق بر نحوه تشکیل ابرها، یکی از بزرگترین ابهامات در مدل‌سازی‌های اقلیمی جهان است. ابرهای ارتفاع پایین که به آن‌ها کومولوس می‌گویند (و شکل‌گیری آن‌ها توسط همین ذرات آلاینده تسریع می‌شود)، بخش زیادی از نور خورشید را به فضا منعکس کرده و زمین را خنک می‌کنند. در مقابل، ابرهای ارتفاع بالا یا سیروس، اثر کاملاً متضادی دارند و باعث گرمایش زمین می‌شوند.»

بنابراین، دفعه بعد که به آسمان نگاه کردید، به یاد داشته باشید که رنگ آبیِ زلال یا سفیدیِ غبارآلود آن، تنها یک منظره ساده برای تماشا نیست؛ بلکه گزارشی دقیق از وضعیت هوایی است که تنفس می‌کنیم و آینده آب‌وهوایی سیاره‌ای که در آن زندگی می‌کنیم.

منبع: عصر ایران