لماذا السماء زرقاء فيزيائيًا؟

إن ألوان الطبيعة من الأشياء المحيرة لدى العديد من الأشخاص، حيث إنه إذا تم التفكر والتأمل في خلق الطبيعة، فقد يراودك التساؤل حلو كيف تكون ألوان الأشياء ن حولنا بهذه الألوان، وكيف نراها بهذا اللون، وواحدة من هذه الأسئلة، لماذا السماء تظهر لنا باللون الأزرق؟

لماذا السماء زرقاء فيزيائيًا؟

يعرف الضوء عن إنه عبارة عن نوع من أنواع الطاقة الإلكترو مغناطيسية، وجميع أنواع الطاقة هذه تنتقل في الهواء على شكل أمواج، ويشمل الطيف الإلكترو مغناطيسي الكامل على عدة موجات مثل أمواج الراديو، وأمواج الميكروويف، والضوء المرئي.

وللعلم يتم التمييز بين هذه الطاقات الإلكترو مغناطيسية عن طريق طبيعة الموجة نفسها، وذلك يتحدد خصوصًا بطول هذه الموجة.

وتقع طاقة الضوء الذي يراه الإنسان في الطيف الإلكترو مغناطيسي، في مدى طول موجي بين 380 مليار المتر و750 نانومتر، وترى العين البشرية كل طول موجي في هذا النطاق بلون مختلف عن الأخر، ونستعرض هذه الألوان وفقًا لموجاتها وبعدها كالتالي:

• البنفسجي:380-450نانومتر.
• الأزرق:450-495نانومتر.
• الأخضر:495-570نانومتر.
• الأصفر:570-590نانومتر.
• البرتقالي:590-620نانومتر.
• الأحمر:620-750نانومتر.

وفي حالة تجمع جميع الألوان والموجات كلها معًا، ويظهر لنا في هذه الحالة الضوء في صورة لون أبيض صاف.

وفي حالة إذا ما أنفصل طول موجي واحد عن بقية الأمواج فإنه يظهر بلونه الذي هو عليه، وهذا يجيب لنا على تساؤل لماذا نرى لون السماء أزرق، حيث أن الأطوال الموجية الزرقاء تنفصل عن سائر الأمواج ولهذا السبب هي ظاهرة.

شاهد أيضًا: الفيزياء الحيوية وتطبيقاتها

ماذا يحتوي ضوء الشمس

يحتوي ضوء الشمس الأبيض عند غلاف الأرض على العديد من الأطوال الموجية المرئية، وقبل أن تصل هذه الموجات للعين المجردة، فإنها تمر خلال جسيمات وجزيئات موجودة في الغلاف الجوي.

وعندما تمر هذه الأمواج خلال الجزيئات، فتبقى الأمواج الطويلة الحمراء والصفراء على حالها، أي لا يمسها أي تغيير، بينما الأطوال الموجية الأقصر تنعكس ونتشر في جميع الاتجاهات، ذلك يجعلها مرئية للعين البشرية.

تعريف السماء

تعرف السماء على أنها وصف لما نراه فوق الأرض، وهي أيضًا الكون بما يحتويه من مجرات ونجوم وكواكب ومادة مظلمة تنتشر في جميع أرجاء الكون، وما نراه من لون أزرق فهو انعكاس ضوء الشمس على الغلاف الجوي للأرض.

والذي سرعان ما يتغير لونه إلى البنفسجي عند الغروب أو وبعدها ويصبح أسود اللون وترى الفضاء المتاح للعين المجردة.

وهذا لأن ضوء الشمس اختفى ولا ضوء لينعكس على الغلاف الجوي فيصبح الغلاف الشفاف مكشوف للفضاء الخارجي، وهذا ما يجعلنا نراه من سواد هو المادة الداكنة للكون البعيدة جداً.

لون السماء

يتغير لون السماء عند الغروب حيث تظهر السماء بعدة ألوان عند غروب الشمس، ويعود ذلك التغير إلى أن طول المسافة التي يترتب على ضوء الشمس أن يقطعها عبر الغلاف الجوي، لذلك يتلاشى معظم اللون الأزرق نتيجة لتضاعف نسبة تشتته وانتشاره.

ذلك التغير يسمح برؤية الألوان الأخرى مثل الأصفر إذا كان الهواء صافيًا، واللون الأحمر إذا احتوى الهواء على بعض الجسيمات نتيجة التلوث أو غيره، والبرتقالي فوق البحر-بسبب وجود جزيئات الملح في الهواء.

سبب ظهور السماء بلون داكن في الليل

إذا ما أمعنا السؤال عن سبب ظهور السماء بلون داكن في الليل قد نرى أن هذا السؤال غير منطقي قوله في الوهلة الأولى، إلا أن هذا السؤال شكل تحديًا حيرت العلماء طويلًا وجعلهم يقوموا بالبحث والتقصي للوصول إلى جواب لهذا السؤال.

فإن كوكب الأرض محاط بالنجوم والمجرات التي يمكن أن تحيل ظلمة السماء إلى ضوء واهج، فلماذا إذا تكون السماء مظلمة ليلًا؟

لقد قام العالم الفلكي الألماني هاينريش فيلهلم أولبرز في عام 1823م بطرح هذا التساؤل بما يعرف بمفارقة أولبرز، وكان يقصد بالمفارقة هنا أن ظلمة السماء لابد أن تتعارض مع الفرضية بوجود كون ثابت لانهائي تنتشر فيه النجوم والمجرات.

شاهد أيضًا: سرعة الضوء التقريبية

فرضيات لون السماء الداكن بالليل

حاول الكثير من العلماء تفسير مفارقة أولبرز على مر السنين، ومن الفرضيات التي وضعت لتفسير هذه الظاهرة ما يأتي:

• الفرض الأولى: تبين أن ذرات الغبار قد تعيق مرور الضوء القادم من الأجسام البعيدة، إلا أنه في الحقيقة أن الضوء الذي يسقط على الغبار يعمل على تسخينه، مما يجعله يتوهج ويضيء مثل المصدر الضوئي.
• الفرض الثانية: إن الكون يتمدد ويتسع، مما يعني ابتعاد النجوم والمجرات عن الأرض، وزيادة طول الموجة الكهرومغناطيسية القادمة إلينا منها.
  • وقد تم الاستدلال على ذلك من تحول أضواء النجوم البعيدة إلى اللّون الأحمر فيما يعرف بـظاهرة الإزاحة الحمراء وذلك نتيجة تحول الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء غير المرئية.

وفي حال كان هذا التفسير صحيحًا، فإن هذا الضوء فوق البنفسجي ذو الطول الموجي الأقصر، سوف يتحول أيضًا إلى الحالة المرئية وهذا لا يحدث في الحقيقة.

• الفرض الثّالثة: وهي الفرضية التي قد تفسر رؤية السماء باللون الأسود في الليل، وهي تتعلق بسرعة الضوء، وعمر النجوم.
  • حيث ان الضوء يسير بسرعة 300,000 كيلو متر في الثانية، وهي سرعة كبيرة جدًا.
  • إلا أنها محدودة أيضًا، ويعني ذلك أننا نستطيع رؤية الأجسام عندما يصلنا الضوء الذي يصدر عنها.

واتفق علماء الفلك أن أقصى مسافة نستطيع استقبال الضوء منها تقع بين 10 -15 مليار سنة ضوئية.

لذلك فلا يوجد وقت كاف لرؤية ضوء المجرات البعيدة، أما عن المجرات القريبة.

فعندما يصلنا ضوئها سيكون قد مر الكثير من الوقت وستصبح ميتة ومظلمة.

سبب عدم ظهور السماء بلون بنفسجي

تم ذكرنا من سابق أن السماء تظهر بلون أزرق، لأن اللون الأزرق من الألوان ذات الأطوال الموجية القصيرة، لذلك فهي أكثر تشتتًا من الألوان الأخرى.

والسؤال الذي يطرح نفسه في هذه الحالة لماذا لا تظهر السماء بلون بنفسجي.

بالرغم من أن اللون البنفسجي له أقصر طول موجي، ويعتبر من الألوان الأكثر تشتتا.

ويمكن تفسير ذلك بأن أعيننا تكون أقل حساسية للضوء البنفسجي منها للضوء الأزرق.

وحيث أن بعض الضوء البنفسجي يتم امتصاصه في طبقات الغلاف الجوي العليا.

لذلك تكون نسبة اللون البنفسجي في ضوء الشمس قليلة.

آلية رؤية الألوان

إن ضوء الشمس وهو الضوء الأبيض يتكون من ألوان الطيف السبعة، ولكل لون طول موجي محدد.

ويعتمد رؤية العين للجسم ولونه على الطول الموجي للضوء الذي ينعكس للعين.

وتترتب ألوان الطيف من الطول الموجي الأقصر إلى الأطول المختلفة.

وهي كالآتي: البنفسجي 400 نانومتر، والنيلي 425 نانومتر، والأزرق 470 نانومتر.

الأخضر 550 نانومتر، والأصفر 600 نانومتر، والبرتقال 630 نانومتر، وأخيرًا الأحمر 665 نانومتر.

حيث أنه عندما يسقط الضوء الأبيض المكوَن من ألوان الطيف السبعة على جسم ما فنراه بلون أحمر.

فذلك لأن هذا الجسم يمتص جميع ألوان الطّيف ويعكس إلى أعيننا اللون الأحمر فقط، وهكذا بالنسبة لباقي الألوان.

شاهد أيضًا: ما هي الفيزياء التطبيقية

إن نظرية الألوان ورؤيتها بلون محدد ترجع لطول الموجات الكهرومغناطيسية، وهذه النظريات هي ما تجعلنا نرى السماء باللون الأزرق.

وتعرفنا على آلية عمل الأوان، وفرضيات ظهور السماء باللون الداكن بالليل، وغيرها من المعلومات المفيدة عن الأضواء والألوان.