Miért kék az ég?

Mert Isten, a mi atyánk úgy teremtette!

A napsugarak beérkeznek a földre, ez visszaverődik többszörösen, így létrejön a teljes visszaverődés. A levegőben lévő gázok pedig találkoztak minden légköri réteggel, ezért kék fényt látunk.

A Napból a teljes látható spektrumon érkezik sugárzás. Érdemes részecskeszinten gondolkodni, tehát mondjuk hogy fotoncsomagok vagy rövidebben fotonok egész áradata ömlik a Napból kicsiny bolygónkra. A Föld légköre túlnyomó részt oxigénből és nitrogénből áll. Ahhoz, hogy megértsük ezt a jelenséget ismernünk kell azt, hogy milyen szórások lehetségesek a légköri fényterjedés során. Rayleigh-szórás következik be akkor, hogy ha a foton hullámhosszánál sokkal kisebb kiterjedésű részecskén vagy molekulán szóródik a foton. Mie-szórásról beszélünk, ha a fény hullámhossza megközelítőleg megegyezik a molekula kiterjedésével, efelett pedig geometriai szórás lenne. A Föld esetében csak Rayleigh-, és Mie-szórás következik be a légkörben, illetve a Föld felszínén Lambert-szórás, de ez most mellékes. Az oxigént és nitrogént alkotó molekulák mérete olyan a látható spektrumhoz tartozó hullámhosszakhoz viszonyítva, hogy a fentiek alapján Rayleigh-szórás valósuljon meg. Tehát mivel a bolygónk légkörének több, mint 99%-ra ezen két gázból épül fel, így mondhatjuk, hogy jó közelítéssel a légkörünkben csak Rayleigh-szórás megy végbe. Ez még nem magyarázza a kék színt, ennek oka az, hogy a Rayleigh-szórásban van egy hullámhosszfüggőség, ami a hullámhossz mínusz negyedik hatványával arányos. Ezt azt jelenti, hogy minél kisebb a hullámhossz, annál nagyobb lesz az adott hullámhosszhoz tartozó abszorpciós koefficiens, s rajta keresztül a légkör optikai mélysége, hiszen utóbbi az előbbi geometriai úthossz szerinti integrálja, amely diszkrét esetben csak szorzást jelent. A lényeg érthetőbben, hogy a kék fényt jobban szórja a légkör, mint a vöröset. Ezért látjuk kéknek az eget. Jönnek minden hullámhossz tartományban a fotonok, a kék színhez tartozó tartományban elkezdenek szóródni erősen, amíg a vörös színhez tartozó tartományban csak kevésbé. Ott is van szóródás, de jóval kevesebb, így összességében a kék nyer. Ha felhőmentes időben kinézel az égre, azt látod, hogy a horizont irányában kifehéredik az égbolt. Ennek pontosan az az oka, hogy abból az irányból jóval vastagabb a légkör, így statisztikailag jóval nagyobb eséllyel szóródnak a "vörös" fotonok is, ez nyilván igaz a teljes spektrumra, így összességében fehér jön ki, hiszen abból az irányból minden hullámhosszon látunk rengeteg szóródást, így az intenzitás is nő az égbolt többi részéhez képest. A zenitben (fejünk felett lévő pontja az égnek) a legkisebb optikai vastagsága van a légkörnek, így ott csak a "kék" fotonok szóródnak nagy mennyiségben, illetve ez az égbolt legkisebb intenzitású része is ez egyben. A Mie-szórásban is van hullámhosszfüggés, de közel sem olyan erős, mint a Rayleigh-szórásban, na meg Mie-szórás az aeroszoloknál történik, ez is érdekes légköri jelenségeket okozz, amelyeket lehetne ecsetelni még hosszú sorokon keresztül, de az már nem ennek a kérdésnek a tárgya.

Chuck Norris egyszer mellé ütött, azóta kék az ég!