Die beeldschone blauwe lucht onderbroken door wolken is een compliment voor Rayleigh-verstrooiing. Manuel Breva Colmeiro/Moment/Getty Images Blauwe lucht, naar me glimlachen / Niets dan blauwe luchten zie ik ... -- Irving Berlijn

Als je je ooit hebt afgevraagd waarom, zoals Irving Berlijn, je ziet "niets dan blauwe luchten, " je bent in goed gezelschap. Het heeft vele eeuwen geduurd en veel slimme mensen -- waaronder Aristoteles, Isaac Newton, Thomas Jong, James Clerk Maxwell en Hermann von Helmholtz -- om het antwoord uit te puzzelen, mede omdat de oplossing zoveel componenten omvat:de kleuren in zonlicht, de hoek waaronder zonneverlichting door de atmosfeer reist, de grootte van deeltjes in de lucht en atmosferische moleculen, en de manier waarop onze ogen kleur waarnemen.

Laten we de lucht even uit de vergelijking halen en beginnen met naar kleur te kijken. Vanuit een natuurkundig oogpunt, kleur verwijst naar de golflengten van zichtbaar licht dat een object verlaat en een sensor raakt, zoals een menselijk oog. Deze golflengten kunnen worden gereflecteerd, of verspreid , van een externe bron, of ze kunnen voortkomen uit het object zelf.

De kleur van een object verandert afhankelijk van de kleuren in de lichtbron; bijvoorbeeld, rode verf, bekeken onder blauw licht, ziet er zwart uit. Isaac Newton demonstreerde met een prisma dat het witte licht van de zon alle kleuren van het zichtbare spectrum bevat, dus alle kleuren zijn mogelijk in zonlicht.

Op school, de meesten van ons hebben geleerd dat een banaan geel lijkt omdat hij geel licht reflecteert en alle andere golflengten absorbeert. Dit is niet nauwkeurig. Een banaan verspreidt evenveel oranje en rood als geel, en verstrooit alle kleuren van het zichtbare bereik tot op zekere hoogte [bron:Bohren]. De echte reden waarom het er geel uitziet, heeft te maken met hoe onze ogen licht waarnemen. Voordat we daarop ingaan, echter, laten we eens kijken welke kleur de lucht eigenlijk heeft.

Dat doen we hierna.

Blauwe luchten:de grootte is de limiet

Zoals bananen, atomen, moleculen en deeltjes in de atmosfeer absorberen en verstrooien licht. Als ze dat niet deden, of als de aarde geen atmosfeer had, we zouden de zon onder andere zien als een zeer heldere ster aan een hemel van eeuwigdurende nacht. Niet alle golflengten in het zichtbare lichtspectrum verstrooien gelijk, echter. korter, meer energetische golflengten, naar het violette uiteinde van het spectrum, beter verspreiden dan die naar de langere, minder energiek, rood uiteinde. Deze neiging is deels te wijten aan hun hogere energie, waardoor ze meer kunnen pingpongen, en gedeeltelijk aan de geometrie van de deeltjes waarmee ze in de atmosfeer interageren.

in 1871, Lord Rayleigh heeft een formule afgeleid die een deelverzameling van deze interacties beschrijft, waarin atmosferische deeltjes veel kleiner zijn dan de golflengten van de straling die ze treft. Het Rayleigh-verstrooiingsmodel toonde aan dat, in dergelijke systemen, de intensiteit van verstrooid licht varieert omgekeerd met de vierde macht van zijn golflengte. Met andere woorden, kortere golflengten - zoals blauw en violet - verstrooien veel meer dan lange golflengten wanneer deeltjes - zoals zuurstof- en stikstofmoleculen - relatief klein zijn. Onder deze voorwaarden, verstrooid licht heeft ook de neiging om gelijkmatig in alle richtingen te verspreiden, daarom lijkt de lucht zo verzadigd met kleur [bron:Bohren].

Als we zo dwaas waren om rechtstreeks naar de zon te kijken, we zouden alle golflengten zien, omdat het licht onze ogen rechtstreeks zou bereiken. Daarom zien de zon en het gebied eromheen er wit uit. Als we wegkijken van de zon, bij de heldere hemel, we zien licht meestal van kortere, verstrooide golflengten zoals violet, indigo en blauw.

Dus waarom lijkt de lucht niet violet in plaats van lichtblauw? De ogen hebben het. Je gluurders nemen kleur waar met behulp van structuren genaamd kegels . Je netvliezen zitten vol met ongeveer 5 miljoen kegeltjes elk, bestaande uit drie soorten die gespecialiseerd zijn in het zien van verschillende kleuren [bron:Schirber]. Hoewel elk soort kegel het meest gevoelig is voor bepaalde piekgolflengten, de bereiken van de kegeltypes overlappen elkaar. Als resultaat, verschillende spectra en spectrale combinaties kunnen worden gedetecteerd als dezelfde kleur.

In tegenstelling tot onze auditieve zintuigen, die individuele instrumenten in een orkest kan herkennen, onze ogen en hersenen interpreteren bepaalde combinaties van golflengten als een enkele, discrete kleur. Ons visuele gevoel interpreteert het blauw-violette licht van de lucht als een mengsel van blauw en wit licht, en daarom is de lucht lichtblauw.

Heb je nog meer brandende vragen over de planeet? Blijf lezen voor meer links die je misschien leuk vindt.

De Strip van de zonsondergang

De kleur van de lucht kan veranderen door stof, vervuiling en waterdamp, die de absorptie en verstrooiing van zonlicht verschillend beïnvloeden. De roodachtige tint van zonsondergangen is voornamelijk te wijten aan het feit dat het zonlicht door meer atmosfeer reist om onze ogen te bereiken. Tegen de tijd dat het licht komt, het is ontdaan van kortere golflengten, die zijn verstrooid, alleen de langere golflengte overlatend, directe verlichting van de rodere tinten van zonlicht.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

• Hoe Aurora's werken
• Wat veroorzaakt een regenboog?
• Waarom wordt de lucht 's nachts donker?
• Hoe de aarde werkt
• Hoe wolken werken
• Hoe het weer werkt
• Zorgt smog echt voor prachtige zonsondergangen?
• Is er een licht dat 10 miljard keer helderder is dan de zon?
• Hoe licht werkt
• Hoe regenbogen werken

Meer geweldige links

• NASA's The Space Place:Blue Skies
• De natuurkundeklas:blauwe luchten en rode zonsondergangen

bronnen

• Bohren, Craig F. en Eugene Edmund Clothiaux. "Fundamentals van atmosferische straling:een inleiding met 400 problemen." Wiley-VCH. 21 maart, 2006.
• jongen, Padi. "Waarom is de lucht blauw en waarom is de zon rood bij zonsopgang en zonsondergang (rekening houdend met de eigenschappen van interstellair stof)?" NASA Goddard Space Flight Center:vraag een astrofysicus. 11 juni 1997. (16 juni, 2011) http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970611f.html
• Encyclopedie Britannica. "Verstrooiing (kleur)." Encyclopedie Britannica Online. 2011. (14 juni, 2011) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/126658/colour/21861/Scattering
• Fitzpatrick, Richard. "Rayleigh verstrooiing." 2 februari 2002. (13 juni, 2011) http://farside.ph.utexas.edu/teaching/em/lectures/node97.html
• Gibbs, Filip. "Waarom is de lucht blauw?" Veelgestelde vragen over Usenet-fysica. mei 1997. (13 juni, 2011) http://www.desy.de/user/projects/Physics/General/BlueSky/blue_sky.html
• NASA's The Space Place. "Waarom is de lucht blauw?" 12 mei 2011. (14 juni, 2011) http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
• schip, R. "Blauwe lucht." Georgia State University Natuur- en Sterrenkunde:Hyperfysica. (15 juni, 2011) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
• Schirber, Michaël. "Waarom luchten blauw zijn in plaats van paars." MSNBC. 19 juli 2005. (16 juni, 2011) http://www.msnbc.msn.com/id/8631798/ns/technology_and_science-science/t/why-skies-are-blue-in plaats daarvan-purple/
• Streng, David P. "De vele kleuren van zonlicht." Goddard Space Flight Center. 23 september 2011. (15 juni, 2011) http://www-istp.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sun4spec.htm