مهران شحادة ، قرية المكر
فيزياء نظرية وعلم وهندسة المادة، معهد التخنيون
الانسان بطبيعته فضولي, ولربما كانت السماء الحافز الاول لنا للبحث والمعرفة, ولكن ما يلفت الانسان عادة هو الجمال فكيف لنا ان لا نتفكر بجمال السماء وسر لونها
سوف ابدأ المقال بالشرح عن ظاهرة فيزيائية رائعة تسمى بتبعثر رايلي, فهم الظاهرة حيوي جدا لحل لغز اللون الازرق
من المعروف ان المادة تبعثر الضوء المسلط عليها. "تبعثر رايلي" يتمركز بالتبعثر الناتج عن الجزيئات في الاتموسفيرا (الطبقة الجوية). من المهم ان نذكر بأن التبعثر يحصل في حال كانت هذه الجزيئات اصغر من طول موجة الضوء الساقط عليها (طول الموجة هو ببساطة البعد بين نقطتين في الموجة بحيث ان الموجه في النقطه تعود لنفس الصورة التي كانت في النقطة البدائية).
ان اول من صاغ القانون الذي يصف التبعثر هو "لورد رايلي" عام 1871 والذي ينص على وجود علاقة عكسية بين طول الموجة وكمية الضوء المتبعثر . هذا يدل على انه كلما كان طول الموجة اقصر سوف نحصل على تبعتر اكبر للضوء الساقط. هذه الظاهرة بارزة في الغازات، لكن يمكن ملاحظتها ايضا في السوائل والمواد الصلبة .
اذا ما علاقة ذلك بلون السماء؟ كما رأينا حسب قانون رايلي، كلما كان طول الموجة اصغر، سوف نحصل على تبعثر اكبر. الضوء الابيض الواصل من الشمس هو خليط من كل الالوان، فمثلا الضوء المرئي (الوان الطيف) هي ذات طول موجه يترواح بين ٤٠٠-٧٠٠ نانومتر. الاشعة الفوق بنفسجية بين ٢٠٠-٤٠٠ نانومتر. اللون الازرق هو ذو طول موجة يتراوح بين ٤٥٠-٤٩٥ نانومتر والاحمر ما يقارب ال ٦٥٠ نانومتر. عندما تشع الشمس ضوئها على الاتموسفيرا، جزيئات الغاز في الهواء الاصغر من طول موجة الضوء الساقط عليها تبعثر الضوء الازرق بأكثر من عشرة اضعاف الضوء الاحمر، حيث ان للاحمر والاصفر اطوال امواج اطول من الازرق والبنفسجي لذا التبعثر يكون اقل، فيمر الضوء ذو اطوال الامواج القصيرة من دون ان يتبعثر بصورة ملحوظة . هذا يفسر لماذا عندما ننظر الى السماء تبدو لنا زرقاء، ذلك هو نتيجة تبعثر الضوء من الشمس وليس لأن ضوء الشمس هو ازرق!
لكن السؤال الذي قد يطرح هو لماذا اذا السماء ليست بنفسجية؟ اليس طول موجة الضوء البنفسجي اقصر من اللون الازرق، الا يعني ذالك ان البنفسجي يتبعثر بشكل اكبر! الاجابة هي نعم! لكن السر يكمن في العين البشرية (اه اه عيونكو) . العين البشرية تمتص اللون الازرق بشكل افضل من اللون البنفسجي، لذلك السماء حقا بنفسجية، لكن نحن نراها زرقاء (تخيل خليط من اللون الازرق والبنفسجي وحاول ان تميز بين اللونين مع تغيير بتركيز كل واحد منهما). لابد ان انوه ان للبنفسجي تأثير واضح على اللون الذي نراه للسماء، اذا كان الضوء القادم من الشمس بدون اللون البنفسجي، لكانت السماء زرقاء مع لمسة من اللون الاخضر الآخذ.
سنحاول ان نربط كل ما ذكر اعلاه بالشروق والغروب (والالوان الساحرة التي تبرز في تلك الاوقات). عند الشروق/غروب الضوء يمر مسافة اطول في الاتموسفيرا ليصل الى اعيننا، ذلك لأن الضوء يسقط بزاوية (انظر في وقت الغروب الى موقع الشمس، هذا ليس موقعها الحقيقي، لأن جزء من الضوء خاصة الضوء من الجزء السفلي للشمس قد انكسر ليصل لعينيك، لذا في الحقيقة عند وقت الغروب، الشمس ليست موجودة هناك، بل ذلك ما يرسمه عقلك ليفهم مصدر الضوء). اذا الضوء يمر مسافة اكبر في الاتموسفيرا، مما يدل بالضرورة على ان الضوء المتبعثر من اللون الازرق قد غطى طبقات الجو العليا ليأتي بعده الاحمر والاصفر المتبعثر في الطبقات الاقرب حتى تصل للعين .
نقطة للتفكير : لماذا السماء مظلمة في الليل؟
مرفق رابط لفيديو للبرفيسور براين كوكس ( جامعة مانشستر ) فيه يجسد الظاهرة بتجرية بسيطة لكن جميلة!!!
مهران شحادة ، قرية المكر
فيزياء نظرية وعلم وهندسة المادة، معهد التخنيون
مصدر مساعد : http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
