واقعا آسمان آبی است ؟!

تا چه اندازه با پدیده قطبش آشنا هستید؟ آیا می‌دانید که این پدیده فیزیکی است که باعث شده آسمان آبی به نظر برسد‌. در حقیقت باید بدانید که آسمان آبی نیست، بلکه بنفش است...!
در ادامه مقاله‌، به طور کامل توضیح خواهيم داد که چرا آسمان بنفش رنگ است و چرا به نظر ما آبی به نظر می‌رسد.

نور قطبیده و ناقطبیده
در ابتدا می‌خواهيم شما را با نور معمولی که در فیزیک (‌شاخه اپتیک‌) نور ناقطبیده نامیده می‌شود‌، آشنا کنيم.
نور خورشید، نمونه‌ای از نور ناقطبیده است که راستای انتشار آن، به طور اتفاقی تغییر می‌کند؛ منظور این است که در هر جهتی انتشار می‌یابد.
حال به عنوان مثال، اگر بخواهیم نور خورشید در راستای خاصی که مد نظر ماست، انتشار یابد، تیغه‌ای به نام پولاروید را در مسیر قرار می‌دهیم تا نور در راستایی که ما می‌خواهیم، منتشر شود. در این صورت به نور خارج شده از پولاروید، نور قطبیده گوییم.
پولاروید، شامل مولکول‌های پلیمر زنجیری درازی است که در کنار هم قرار گرفته‌اند. این مولکول‌ها دارای اتم‌هایی شبیه به ید هستند که در طول زنجیر قابلیت هدایت زیادی را به‌وجود می‌آورند. این مولکول‌های زنجیری دراز، طوری با هم، همخط می‌شوند که همه آنها تقریبا با هم موازیند. به علت قابلیت هدایت زیاد ایجاد شده به وسیله اتم‌های ید، میدان الکتریکی ورودی که موازی با مولکول‌ها، به پولاروید می‌رسد، جذب می‌شود. ورقه‌ای که دارای این‌گونه مولکول‌های پلیمری زنجیری دراز باشد که موازی با هم قرار گرفته‌اند، پولاروید نامیده می‌شود.
وقتی یک موج الکترومغناطیسی روی یک اتم یا مولکول بیفتد، با ابر الکترونی مقید به اتم یا مولکول تاثیر متقابل انجام داده و به آن انرژی می‌دهد. 
حال فرض کنید که یک باریکه نور معمولی (‌نور ناقطبیده‌)‌، از سوی خورشید روی مولکول نوعی گاز که در یکی از لایه‌های اتمسفر واقع است، بتابد. در این صورت آن مولکول خاص همانند یک تیغه پولاروید عمل کرده و نور ناقطبیده را قطبی می‌کند و در عین حال آن را تحت زاویه 90 درجه نسبت به نور فرودی، پراکنده می‌سازد. این نوع از قطبش، قطبش بر اثر پراکندگی نامیده می‌شود که در این نوع پراکندگی، امواج با طول موج کوتاه‌تر (‌انرژی بالا‌) بیشتر از امواج بلندتر (‌انرژی پایین‌)، پراکنده می‌شوند. تجربه نیز ثابت کرده است که پراکندگی با توان چهارم بسامد متناسب و با توان چهارم طول موج نسبت عکس دارد.
 


با توجه به نسبت فوق، نور بنفش که در انتهای طول موج کوتاه طیف الکترومغناطیسی قرار گرفته، تقریبا 10برابر بیشتر از نور قرمز که در انتهای طول موج بلند واقع شده، پراکنده می‌شود. برای هر شش رنگ طیفی، نور بنفش و آبی بیشتر از همه پراکنده می‌شوند. به ازای هر موج قرمز که در جو پراکنده می‌شود، 10 موج بنفش وجود دارد.
نسبت پراگندگی رنگ‌ها به همدیگر، در جدول زیر آورده شده است:
جدول يك
قرمز    نارنجی    زرد    سبز    آبی    بنفش
1    2    2.5    3    6    10




 
با وجود این ترکیب در پراکندگی، آسمان آبی به نظر می‌رسد. آیا این سوال برایتان پیش آمد که چرا با وجود پراکندگی بیشتر نور بنفش نسبت به رنگ آبی، آسمان را همچنان آبی مشاهده می‌کنیم؟
می‌دانیم که در داخل شبکیه چشم، سلول‌های حساس به نور قرار دارند. مقداری از نور توسط سلول‌ها جذب شده و بقیه آن از شبکیه عبور می‌کند. چشم انسان دارای دو نوع سلول بینایی است؛ نوع اول، سلول‌های استوانه‌ای است که فقط میزان روشنايی نور را تشخیص می‌دهند. وظیفه این نوع سلول‌ها تنها درک کلی موقعیت و اجسام اطراف چشم است. نوع دوم، سلول‌های مخروطی هستند که به رنگ حساسیت دارند و به صورت مجتمع در داخل لکه زرد قرار گرفته‌اند که محل کانونی شدن نور در چشم است. درون همه این سلول‌های حساس به طیف رنگی، رنگدانه‌ای به نام ردوپسین (‌یا ارغوانی بصری‌) قرار دارد. چون ردوپسین نسبت به نور بنفش حساسیت کمتری نسبت به آبی دارد، آسمان را در روز روشن، به رنگ آبی می‌بینیم، در حالی که باید بنفش دیده شود!
بسته به ضخامت ذرات موجود در اتمسفر، میزان پراکندگی متفاوت خواهد بود. در روز که ضخامت ذرات موجود، کمتر است، پراکندگی رنگ‌های قرمز، نارنجی، زرد و سبز بیشتر خواهد بود. به همین دلیل آسمان را به رنگ آبی می‌بینیم (‌البته در حقیقت بنفش رنگ است!). قرص خورشید در این وضعیت به رنگ سفید و آسمان اطراف، به رنگ آبی است.
هنگام غروب نیز به دلیل افزایش ضخامت ذرات، بنفش و آبی پراکنده شده و رنگ‌های قرمز، نارنجی، زرد و سبز به بیننده می‌رسد. درست قبل از غروب، ضخامت گرد و غبار از 10 تا 100 میکرومتر تغییر می‌کند؛ در نتیجه، همه رنگ‌ها به جزء قرمز، پراکنده می‌شوند. در این لحظات قرص خورشید قرمز رنگ و محیط اطراف آن به رنگ قرمز و نارنجی دیده می‌شود.