لماذا السماء زرقاء وغروب الشمس أحمر

قراءة في 3 دقيقة

تبدو السماء زرقاء خلال النهار، بينما يتوهج الشروق والغروب غالباً باللونين الأحمر والبرتقالي. تعود هذه الظاهرة بشكل أساسي إلى كيفية تفاعل ضوء الشمس مع الغلاف الجوي للأرض، وهي عملية تُعرف باسم تشتت رالي (Rayleigh scattering) [1].

السماء الزرقاء

يتكون ضوء الشمس، الذي يبدو أبيض لأعيننا، في الواقع من جميع ألوان قوس قزح، ولكل لون منها طول موجي مختلف [2]. يحتوي الغلاف الجوي للأرض على جزيئات غازية صغيرة، معظمها من النيتروجين والأكسجين [1]. عندما يدخل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي، تقوم هذه الجزيئات الصغيرة بتشتيت الضوء في جميع الاتجاهات [2].

ينص تشتت رالي على أن الأطوال الموجية القصيرة للضوء تتشتت بكفاءة أكبر بكثير من الأطوال الموجية الطويلة [1]. يمتلك الضوء الأزرق والبنفسجي أقصر الأطوال الموجية في الطيف المرئي، مما يعني أنهما يتشتتان بكثافة أكبر بكثير بواسطة الجزيئات الجوية [3]. وبما أن الضوء الأزرق يتشتت عبر السماء، فإنه يجعل السماء تبدو زرقاء لأعيننا www.nesdis.noaa.gov.

وعلى الرغم من أن الضوء البنفسجي له طول موجي أقصر من الأزرق ويتشتت بكثافة أكبر، إلا أن أعيننا أكثر حساسية للضوء الأزرق. بالإضافة إلى ذلك، يتم امتصاص جزء من الضوء البنفسجي في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، ولهذا السبب ندرك السماء على أنها زرقاء وليست بنفسجية [4].

غروب الشمس الأحمر

عند الشروق والغروب، تكون الشمس منخفضة في الأفق، مما يعني أن ضوءها ينتقل عبر سماكة أكبر بكثير من الغلاف الجوي للأرض ليصل إلى أعيننا weather.metoffice.gov.uk. وعلى هذا المسار الأطول، يتشتت كل الضوء الأزرق والبنفسجي تقريباً بعيداً، مما يؤدي إلى تصفيته بفعالية www.nesdis.noaa.gov.

وما يتبقى لينتقل مباشرة عبر الغلاف الجوي إلى أعيننا هي الألوان ذات الأطوال الموجية الأطول: الأحمر والبرتقالي والأصفر. هذه الألوان تتشتت بكفاءة أقل بكثير ويمكنها اختراق الطبقة الجوية الأكثر سمكاً بشكل أكثر مباشرة، مما ينتج عنه اللونان الأحمر والبرتقالي الدراماتيكيان اللذان يظهران أثناء الشروق والغروب weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov.

تأثير التلوث والغبار

يمكن أن يؤدي تلوث الهواء والغبار إلى تغيير ألوان الشروق والغروب بشكل كبير [2, 7]. الجسيمات مثل الغبار والدخان والهباء الجوي الناتج عن التلوث تكون عموماً أكبر من الجزيئات الغازية في الغلاف الجوي النقي. تقوم هذه الجسيمات الأكبر بتشتيت الضوء أيضاً، وإذا وجدت بكميات معتدلة، يمكنها تعزيز تشتت الضوء الأزرق، مما يؤدي إلى ظهور تدرجات حمراء وبرتقالية أكثر حيوية [2]. ومع ذلك، فإن الكميات المفرطة من الجسيمات الكبيرة أو الكثيرة جداً يمكن أن تشتت جميع الأطوال الموجية للضوء دون تمييز، مما يجعل السماء تبدو ضبابية أو باهتة [2].

السماوات في العوالم الأخرى

الكواكب التي لا تمتلك غلافاً جوياً جوهرياً، مثل القمر، تكون سماؤها سوداء حتى خلال النهار لعدم وجود جزيئات لتشتيت ضوء الشمس [8]. أما على كوكب المريخ، فعادة ما تكون السماء بلون السكر المحروق (butterscotch)، أو البني المصفر، أو البرتقالي المحمر بسبب الغبار الناعم المنتشر في غلافه الجوي الرقيق [8]. هذا الغبار المريخي، الغني بأكاسيد الحديد، يمتص الضوء الأزرق ويشتت الضوء الأحمر والأصفر بفعالية أكبر. ومن المثير للاهتمام أن شروق وغروب الشمس على المريخ يمكن أن يظهرا باللون المزرق حول الشمس لأن الغبار يشتت الضوء الأزرق إلى الأمام نحو المراقب عندما تكون الشمس منخفضة في الأفق [8].