Modré nebo nad hlavou

Modré nebo nad hlavou

Zem je známa ako modrá planéta. Je to vďaka farbe jej oblohy. Skúsili ste sa však niekedy zamyslieť, prečo je to tak? Prečo je obloha počas pekných dní modrá? A či je vôbec modrá farba oblohy vždy a všade rovnaká? Ak nie, od čoho závisí? Prečo sa pri západe či východe slnka mení farba oblohy na žltú, červenú, či až purpurovú.

Prečo je farba zatiahnutej oblohy sivá, hoci oblaky sú často biele, a len ťažké búrkové mraky sú tmavé. A je vôbec možné, aby mala buď celá obloha, alebo jej časť, aj inú farbu, napríklad zelenú?

Ak chceme správne pochopiť farbu oblohy, najskôr si musíme povedať niečo o farbách ako takých. Prečo vidíme nejaký predmet farebne, napríklad modro? Je to preto, lebo z predmetu dopadá do nášho oka modré svetlo. To môže vysielať predmet zohriaty na veľmi vysokú teplotu, asi 7000°C. Podstata vyžarovania svetla je na úrovni atómov, ktoré sa dostanú prijatím energie (napríklad tepla) do tzv. excitovaného stavu.

Neskôr pri prechode do základného stavu časť svojej energie vyžiaria. Veľkosť vyžiarenej energie pritom určuje farbu svetla. Pripomeňme ešte, sa rozlišuje sedem spektrálnych farieb svetla, ktoré možno usporiadať podľa klesajúcej energie (alebo frekvencie) v poradí: fialová, modrá, tyrkysová, zelená, žltá, oranžová a červená, a ktoré spolu tvoria biele svetlo.

Toto však evidentne nie je prípad oblohy, lebo nie je horúca. Existuje teda aj iná možnosť vytvorenia farby - a to pri osvetlení predmetu. Vtedy atómy alebo molekuly časť dopadajúceho svetla príjmu a časť odrazia. Ak je odrazené svetlo modré, predmet vidíme modrý. Obloha však nezískava svoju farbu ani vďaka odrazu. Pre ňu je rozhodujúce prijaté svetlo.

Takto prijatá energia opäť spôsobí nestabilný stav atómov, a preto je vzápätí vyžarovaná do všetkých smerov vo forme svetla. Hovoríme, že dochádza k rozptylu svetla na časticiach látky. Intenzita rozptýleného svetla môže byť pritom pre rôzne farby rôzna.

Podobný jav občas vzniká pri šírení zvuku. Niekedy totiž zvuk dokáže rozochvieť niektoré predmety, ako napríklad sklo, ladičku, a podobne. Tieto predmety sa takto stávajú zdrojmi novej zvukovej vlny, ktorá sa potom šíri od nich do okolitého priestoru. Nastáva rozptyl zvuku.

Atómy alebo iné veľmi malé častice sa správajú ako malé optické ladičky, ktoré môžu prijať a opätovne vysielať svetelné vlny. Pritom platí, že čím je častica menšia, tým vyššia frekvencia svetla sa rozptýli. Je to podobné ako pri zvonení zvončekov - čím sú menšie, tým vyšší tón vydajú.

Podstata farebnej oblohy teda spočíva práve v takomto rozptyle bieleho slnečného svetla v atmosfére - hlavne na molekulách dusíka a kyslíka, pričom dôležitú úlohu hrajú aj nehomogenity vo vzduchu. Pretože sa jedná o veľmi malé molekuly, najlepšie sa rozptyľujú farby s najvyššou frekvenciou - fialová a modrá. Červená sa napríklad rozptyľuje 10 krát menej ako fialová.

Fialová sa rozptyľuje najviac, ale oko nie je na ňu tak citlivé. A tak, hoci modrá farba je o niečo slabšia, vidíme oblohu modrú. Poznamenáme ešte, že ak by neexistovala atmosféra, nedochádzalo by ani k rozptylu svetla. Videli by sme iba žiarivo biele slnko s čiernou oblohou, a ihneď po západe slnka za obzor by začala noc.

Sýtosť modrej farba oblohy je ovplyvnená hlavne obsahom vodných pár v atmosfére. Počas jasných suchých dní je modrá farba oblohy omnoho sýtejšia ako cez dni s vysokou vlhkosťou. Aj preto býva na horách, alebo v krajinách so suchým vzduchom v horných vrstvách atmosféry, ako Grécko, či Taliansko, nádherná modrá obloha.

Ak sú prítomné častice prachu alebo iné častice väčšie ako molekuly dusíka a kyslíka, viac sa rozptyľujú nižšie frekvencie a obloha je menej modrá. Po búrkach sa vzduch obyčajne vyčistí a obloha býva zase sýtomodrá.

Nižšie frekvencie svetla zodpovedajúce červenej, oranžovej a žltej farbe sú rozptyľované dusíkom a kyslíkom omnoho menej ako fialová a modrá farba. Aj vďaka tomu dokážu lepšie prenikať atmosférou. To sa prejaví hlavne pri východe alebo západe slnka, keď slnečné lúče musia prejsť šikmo cez atmosféru. Napríklad pri výške slnka 4° nad obzorom, lúč prejde 12 krát hrubšou vrstvou atmosféry ako na poludnie.

Preto sa postupne celá modrá farba rozptýli, kým červená prejde, a tak vidíme oranžové alebo až červené zore. Krásne červené sfarbenie oblohy vzniká hlavne vtedy, ak sa v atmosfére nachádzajú väčšie častice, ako napríklad soľ, ktorá býva rozptýlená vo vzduchu pri mori. Ale aj v mestách, kde je vzduch znečistený, bývajú krásne západy Slnka.

Ak je v atmosfére prach alebo smog, môže na väčších časticiach dôjsť aj k rozptylu iných farieb, a obloha sa sfarbí rôznymi farbami. Pri väčšej koncentrácii častíc sa môže dokonca stať, že sa rozptýli všetko svetlo, a slnko doslova zmizne z oblohy skôr ako klesne za obzor.

Ak sa vo vzduchu nachádza veľké množstvo približne rovnako veľkých častíc prachu, dymu, alebo sopečného popola, môže dôjsť k silnému rozptylu iba istej farby. Vtedy možno vidieť čudné javy: oranžové, zelené alebo aj modré slnko. Sivý opar, pokrývajúci oblohu vo veľkých mestách, býva dôsledkom znečistenia ovzdušia splodinami, ktoré vznikajú v spaľovacích motoroch áut a továrňach.

Hoci tieto sú väčšinou neviditeľné, viažu na seba ďalšie častice, ktoré spôsobujú rozptyl nižších frekvencií svetla. Ak je znečistenie veľké, útlm svetla je silnejší ako rozptyl, a tak môže vzniknúť dokonca až hnedý opar.

A prečo sú oblaky biele? Oblaky sú tvorené malými kvapôčkami vody veľkosti asi 20 mikrometrov. Zhora sú osvietené slnečným svetlom, ktoré sa sčasti odrazí a sčasti prechádza oblakom. Pritom zase dochádza k rozptylu svetla. Kvapky vody sú však omnoho väčšie ako boli rozptyľujúce častice v predchádzajúcich prípadoch, a tak pri rozptyle na nich neprevláda žiadna farba. Zložením takto rozptýlených farieb z rôznych kvapiek vznikne biela.

Pretože molekuly vody sú omnoho bližšie pri sebe, navzájom sa ovplyvňujú, a to vedie k väčšej intenzite rozptýleného svetla ako pri molekulách nachádzajúcich sa osobitne. Preto bývajú menšie oblaky často žiarivo biele. Ak je však oblak mohutnejší, alebo ak pozostáva z veľkých kvapiek, dochádza tu k silnejšiemu odrazu a pohlteniu svetla.

Len veľmi málo svetla dokáže prejsť až k základni oblaku, a preto býva ťažký búrkový mrak odspodu tmavý.