Otázka, prečo je obloha modrá, patrí medzi základné otázky, ktoré si kladieme už od detstva. Pohľad na jasnú dennú oblohu je pre nás taký bežný, že sa nad jej farbou často ani nezamýšľame. Odpoveď sa skrýva vo fyzikálnych vlastnostiach slnečného svetla a atmosféry Zeme. V tomto článku si podrobne vysvetlíme, prečo vidíme nebo práve modré a nie napríklad zelené či červené.

Základný princíp: Rozptyl slnečného svetla

Hlavným dôvodom, prečo je nebo modré, je jav nazývaný Rayleighov rozptyl. Slnečné svetlo, ktoré vnímame ako biele, je v skutočnosti zložené zo všetkých farieb dúhy (spektra) – od červenej, cez oranžovú, žltú, zelenú, modrú až po fialovú. Každá farba má inú vlnovú dĺžku.

Keď slnečné lúče prechádzajú zemskou atmosférou, narážajú na molekuly plynov (najmä dusíka a kyslíka), ktoré sú oveľa menšie ako vlnová dĺžka viditeľného svetla. Tieto molekuly spôsobujú rozptyl svetla do všetkých smerov. Dôležité však je, že miera rozptylu závisí od vlnovej dĺžky svetla.

Čo je Rayleighov rozptyl?

Rayleighov rozptyl popisuje, ako sa elektromagnetické žiarenie (vrátane viditeľného svetla) rozptyľuje na časticiach, ktoré sú oveľa menšie ako vlnová dĺžka žiarenia. Tento jav objavil a matematicky popísal britský fyzik Lord Rayleigh koncom 19. storočia.

Kľúčovým zistením je, že svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou sa rozptyľuje oveľa efektívnejšie ako svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou. Konkrétne, intenzita rozptylu je nepriamo úmerná štvrtej mocnine vlnovej dĺžky.

• Krátke vlnové dĺžky: Fialová a modrá farba majú najkratšie vlnové dĺžky vo viditeľnom spektre.
• Dlhé vlnové dĺžky: Červená a oranžová farba majú najdlhšie vlnové dĺžky.

Z toho vyplýva, že modré a fialové svetlo sa v atmosfére rozptyľuje oveľa silnejšie (asi 10-krát viac než červené svetlo) ako červené a oranžové svetlo.

Prečo teda vidíme oblohu modrú, a nie fialovú?

Keďže fialové svetlo má ešte kratšiu vlnovú dĺžku ako modré, malo by sa logicky rozptyľovať najviac. Prečo teda obloha nie je fialová? Existujú na to dva hlavné dôvody:

1. Množstvo jednotlivých farieb v slnečnom svetle: Hoci Slnko vyžaruje všetky farby spektra, nevyžaruje ich v rovnakom množstve. Intenzita fialového svetla v slnečnom spektre je prirodzene o niečo nižšia ako intenzita modrého svetla.
2. Citlivosť ľudského oka: Naše oči sú citlivejšie na modrú farbu ako na fialovú. Keď sa rozptýlené modré a fialové svetlo dostane k našim očiam, vnímame výslednú kombináciu a intenzitu ako dominantne modrú.

Kombinácia týchto dvoch faktorov spôsobuje, že aj keď sa fialové svetlo rozptyľuje najviac, výsledný vnem farby oblohy je pre nás modrý. Takže odpoveď na otázku, preco je obloha modra, súvisí nielen s fyzikou svetla a atmosféry, ale aj s biológiou ľudského videnia.

A čo východy a západy Slnka? Prečo sú červené?

Princíp Rayleighovho rozptylu vysvetľuje aj nádherné červené a oranžové farby, ktoré môžeme pozorovať pri východe a západe Slnka. V tomto čase sa Slnko nachádza nízko nad obzorom.

Svetlo zo Slnka musí prejsť oveľa hrubšou vrstvou atmosféry, aby sa dostalo k našim očiam, v porovnaní s časom, keď je Slnko vysoko na oblohe. Počas tejto dlhej cesty sa väčšina modrého a fialového svetla rozptýli preč z priameho smeru lúča. To, čo nám zostane a dorazí k očiam, je prevažne svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami – teda červené, oranžové a žlté.

Čím viac častíc (ako prach alebo smog) je v atmosfére, tým intenzívnejšie môžu byť farby západu a východu Slnka, pretože tieto väčšie častice tiež prispievajú k rozptylu svetla (tzv. Mieho rozptyl, ktorý je menej závislý od vlnovej dĺžky a zodpovedá aj za bielu farbu oblakov).

Je obloha modrá aj na iných planétach?

Farba oblohy závisí od zloženia atmosféry planéty a od vlastností svetla jej hviezdy.

• Mars: Má veľmi riedku atmosféru zloženú prevažne z oxidu uhličitého a veľkého množstva prachových častíc. Tieto častice spôsobujú, že marťanská obloha má počas dňa zvyčajne žlto-hnedú až oranžovo-červenú farbu. Západy Slnka na Marse sú naopak modrasté, pretože prachové častice rozptyľujú červené svetlo viac dopredu, zatiaľ čo modré svetlo sa rozptyľuje do širších uhlov a pri západe Slnka dominuje v okolí slnečného kotúča.
• Planéty bez atmosféry (napr. Mesiac, Merkúr): Nemajú takmer žiadnu atmosféru, ktorá by rozptyľovala svetlo. Preto je ich „obloha“ čierna aj počas dňa a hviezdy sú viditeľné.

Zhrnutie: Prečo je nebo modré?

Stručne povedané, dôvod, preco je nebo modre, spočíva v týchto bodoch:

• Slnečné svetlo je zmesou rôznych farieb (vlnových dĺžok).
• Atmosféra Zeme obsahuje malé molekuly plynov.
• Tieto molekuly rozptylujú svetlo s kratšími vlnovými dĺžkami (modré a fialové) oveľa efektívnejšie ako svetlo s dlhšími vlnovými dĺžkami (červené, oranžové) – jav známy ako Rayleighov rozptyl.
• Naše oči sú citlivejšie na modrú farbu ako na fialovú a Slnko vyžaruje o niečo menej fialového svetla.
• Kombinácia týchto faktorov spôsobuje, že oblohu vnímame ako modrú.

Takže nabudúce, keď sa pozriete na jasnú modrú oblohu, spomeňte si na fascinujúcu hru svetla, atmosféry a fyzikálnych zákonov, ktorá tento krásny jav spôsobuje.