ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าและพระอาทิตย์ตกเป็นสีแดง

อ่านประมาณ 8 นาที

ท้องฟ้าปรากฏเป็นสีฟ้าในเวลากลางวัน ในขณะที่ช่วงพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตกมักจะเรืองแสงเป็นสีแดงและสีส้ม ปรากฏการณ์นี้มีสาเหตุหลักมาจากวิธีการที่แสงอาทิตย์ปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า การกระเจิงแบบเรย์ลี (Rayleigh scattering) [1]

ท้องฟ้าสีฟ้า

แสงอาทิตย์ซึ่งปรากฏเป็นสีขาวต่อสายตาของเรา จริงๆ แล้วประกอบด้วยสีทั้งหมดของรุ้งกินน้ำ โดยแต่ละสีมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน [2] ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยโมเลกุลก๊าซขนาดเล็ก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจนและออกซิเจน [1] เมื่อแสงอาทิตย์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ โมเลกุลขนาดเล็กเหล่านี้จะกระเจิงแสงไปในทุกทิศทาง [2]

การกระเจิงแบบเรย์ลีระบุว่า แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นจะถูกกระเจิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าแสงที่มีความยาวคลื่นยาว [1] แสงสีฟ้าและสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะถูกกระเจิงอย่างรุนแรงกว่ามากโดยโมเลกุลในชั้นบรรยากาศ [3] เนื่องจากแสงสีฟ้าถูกกระเจิงไปทั่วท้องฟ้า จึงทำให้ดวงตาของเรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า www.nesdis.noaa.gov

แม้ว่าแสงสีม่วงจะมีความยาวคลื่นสั้นกว่าสีฟ้าและถูกกระเจิงรุนแรงกว่า แต่ดวงตาของมนุษย์มีความไวต่อแสงสีฟ้ามากกว่า นอกจากนี้ แสงสีม่วงบางส่วนยังถูกดูดซับในชั้นบรรยากาศชั้นบน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงรับรู้ว่าท้องฟ้าเป็นสีฟ้าแทนที่จะเป็นสีม่วง [4]

พระอาทิตย์ตกสีแดง

ในช่วงพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก ดวงอาทิตย์จะอยู่ต่ำบริเวณเส้นขอบฟ้า ซึ่งหมายความว่าแสงต้องเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของโลกที่มีความหนามากกว่าเดิมมากเพื่อมาถึงตาของเรา weather.metoffice.gov.uk ตลอดเส้นทางที่ยาวขึ้นนี้ แสงสีฟ้าและสีม่วงเกือบทั้งหมดจะถูกกระเจิงออกไป ซึ่งเป็นการกรองออกไปอย่างมีประสิทธิภาพ www.nesdis.noaa.gov

สิ่งที่ยังคงเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมาถึงตาของเราโดยตรงคือสีที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า ได้แก่ สีแดง สีส้ม และสีเหลือง สีเหล่านี้ถูกกระเจิงได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามาก และสามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศที่หนากว่าได้อย่างตรงจุดมากกว่า ส่งผลให้เกิดสีแดงและสีส้มที่โดดเด่นดังที่เห็นในช่วงพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov

ผลกระทบจากมลพิษและฝุ่น

มลพิษทางอากาศและฝุ่นสามารถเปลี่ยนแปลงสีของพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตกได้อย่างมีนัยสำคัญ [2, 7] อนุภาค เช่น ฝุ่น ควัน และละอองลอยจากมลพิษ โดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่กว่าโมเลกุลก๊าซในชั้นบรรยากาศที่สะอาด อนุภาคขนาดใหญ่เหล่านี้ยังกระเจิงแสงเช่นกัน และหากมีในปริมาณที่พอเหมาะ พวกมันสามารถเสริมการกระเจิงของแสงสีฟ้า นำไปสู่เฉดสีแดงและสีส้มที่สดใสยิ่งขึ้น [2] อย่างไรก็ตาม หากมีอนุภาคขนาดใหญ่หรือมีจำนวนมากเกินไป อาจทำให้เกิดการกระเจิงของแสงทุกความยาวคลื่นโดยไม่แยกแยะ ทำให้ท้องฟ้าดูขุ่นมัวหรือหม่นหมอง [2]

ท้องฟ้าในโลกดวงอื่น

ดาวเคราะห์ที่ไม่มีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น เช่น ดวงจันทร์ จะมีท้องฟ้าเป็นสีดำแม้ในเวลากลางวัน เพราะไม่มีโมเลกุลที่จะกระเจิงแสงอาทิตย์ [8] บนดาวอังคาร ท้องฟ้ามักจะเป็นสีบัตเตอร์สก็อตช์ สีน้ำตาลเหลือง หรือสีส้มแดง เนื่องจากมีฝุ่นละเอียดกระจายอยู่ทั่วไปในชั้นบรรยากาศที่เบาบาง [8] ฝุ่นบนดาวอังคารนี้ ซึ่งอุดมไปด้วยเหล็กออกไซด์ จะดูดซับแสงสีฟ้าและกระเจิงแสงสีแดงและสีเหลืองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า สิ่งที่น่าสนใจคือ พระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตกบนดาวอังคารอาจปรากฏเป็นสีฟ้าอ่อนๆ รอบดวงอาทิตย์ เนื่องจากฝุ่นจะกระเจิงแสงสีฟ้าไปข้างหน้าสู่ผู้สังเกตเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ต่ำบริเวณเส้นขอบฟ้า [8]