Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Proč je nebe modré?

16. 03. 2017 8:00:20
Tuto klasickou otázku si kladou už malé děti. „Proč je nebe modré?“ Umíte na ni svým dětem odpovědět? Ve hře jsou sluneční paprsky a molekuly vzduchu.

Už v roce 1810 tvrdil Goethe (který se zabýval kromě jiného také systematikou barev), že by barva naší oblohy mohla mít něco společného s dopadajícím světlem. Správné fyzikální vysvětlení ovšem nabídl lord John William Rayleigh o 61 let později.

Sluneční světlo, které vnímáme jako bílé, obsahuje ve skutečnosti všechny barvy duhy. Každý jistě ví, že se dá světlo rozložit na jednotlivé komponenty pomocí skleněného hranolu. Tomuto barevnému pásu, obsahujícímu všechny známé barvy, se říká spektrum.

Různé zdroje – různá spektra

Tento oblíbený a jednoduchý pokus odhaluje, čím se liší různé zdroje světla v našem okolí. Denní, sluneční světlo se skládá ze všech barev duhy. Pokud rozložíte světlo rtuťové výbojky, uvidíte fialovo-modré, zelené a žluté světlo (viz obrázek dole).

Sodíkové výbojky vyzařují světlo převážně žluté, oranžové a červené. Kadmiové zdroje naopak žluté světlo „neumí“. V jejich spektru se nachází modré a červené komponenty.

Jen pro zajímavost – není spektrum jako spektrum

Spektrum v sobě nese množství zajímavých informací. Dá se díky němu určit nejen povaha zdroje, ale také chemické složení plynu, kterým světlo procházelo při cestě k pozorovateli. Další obrázek ukazuje různé druhy spekter. Horní část je věnována slunečnímu světlu. Slunce vyzařuje různé vlnové délky (barvy) ve spojitém spektru, které vypadá jako barevný pás.

Prostřední část ukazuje vyzařování určitého plynu nebo směsi plynů. Spektrum se omezuje na jednotlivé barvy, které jsou typické pro vyzařující prvek (plyn).

Ve spodní části vidíte spektrum, které je naopak výsledkem pohlcování určitých vlnových délek plynem.

Situace na naší obloze

Při dopadu bílého slunečního světla do naší atmosféry, nastává situace, která se nejvíce podobá situaci ve spodní části obrázku. Z určitého zdroje (Slunce) je vysíláno světlo, které prochází plynem (atmosférou). Na obrázku molekuly plynu pohlcují určité vlnové délky, takže ve spektru zůstávají prázdná místa. Atmosféra kromě toho může světlo navíc ještě i rozptylovat – a to je právě důvod, proč je naše bezoblačné nebe krásně modré.

Rozptyl

je fyzikální jev, který se dá popsat následovně: kvanta dopadajícího světla mají různou energii, v závislosti na vlnové délce světla. Když dopadnou na molekulu plynu, předají této molekule svou energii, takže molekula začíná vibrovat. Molekula se pak přebytečné energie zbavuje tím, že energii opět vyzáří ve formě fotonu. Přitom má vyzářený foton stejnou vlnovou délku, jakou mělo původní světlo – nemá ale nutně stejný směr.

Modré části spojitého, viditelného slunečního spektra mají nejkratší vlnovou délku, červené části spektra mají vlnovou délku nejdelší. Rozptyl světla na molekulách vzduchu je závislý právě na této vlnové délce světla. Na začátku našeho povídání zmíněný John W. Rayleigh vypočetl, že je rozptyl nepřímo úměrný čtvrté mocnině vlnové délky. Modré světlo se tedy v naší atmosféře rozptyluje více než červené.

Směr, kterým je nové (rozptýlené) světelné kvantum vyzářeno, je víceméně náhodný. Nejčastěji bývá ovšem toto kvantum vyzářeno směrem k Zemi nebo zpět do vesmíru. Ta část světla, která je molekulami vzduchu vyzářena směrem k Zemi, způsobuje, že se nám zdá nebe modré. Ta část, která je vyzářena opačným směrem, způsobuje, že je Země z vesmíru vnímána jako „modrá planeta“.

Když světlo konečně prošlo celou naší atmosférou, je prakticky veškerá modrá frakce rozptýlena, zatímco ostatní vlnové délky prošly atmosférou bez problémů. Proto se nám Slunce jeví z povrchu Země jako žlutá (při západu Slunce dokonce červená) koule. Čím výše stoupáme nad zemský povrch (například během letu letadlem), tím bělejší a zářivější nám Slunce připadá. Ve velkých výškách totiž sluneční paprsky nemusely projít silnou vrstvou atmosféry a neměly proto čas, „ztratit“ svou modrou frakci.

Vodní pára v atmosféře mění barevný tón nebe

Jistě jste si všimli, že je nebe někdy temně modré a někdy spíše mléčně modré. Na vině jsou maličké částečky, kapičky vody. Protože jsou na rozdíl od molekul vzduchu větší než je vlnová délka viditelného světla, reagují s kapičkami vody paprsky světla jinak než s molekulami vzduchu. Na nepatrných molekulách vzduchu se světelné paprsky rozptylují, zatímco jim předávají svou energii, kterou pak molekuly znovu vyzařují. U částeček, které jsou daleko větší než vlnová délka světla, se světlo může odrážet od jejich povrchu.

Tento odraz už není (jako je tomu u rozptylu) závislý na vlnové délce světla, takže se všechny zúčastněné vlnové délky odrážejí stejně. Podobně je tomu se směrem záření. Světlo se od částice odráží všemi směry, žádný z nich není upřednostněn (na rozdíl od situace, která nastává při rozptylu modré frakce na molekulách vzduchu).

Protože je odráženo světlo všech vlnových délek, je výsledná barva bílá – a ta se mísí s nebeskou modří. Nebe, které pozorujeme v době, kdy v atmosféře není moc vodních par, je tedy modřejší, zatímco nebe s velkým podílem rozptýlené vodní páry je spíše mléčně modré.

Extrémním případem jsou pak mraky. Lehké obláčky, nezbarvené přítomností cizorodých částic (prachu) se nám zdají úplně bílé, i když jsou tvořeny bezbarvými kapičkami obyčejné vody.

Autor: Dana Tenzler | čtvrtek 16.3.2017 8:00 | karma článku: 21.21 | přečteno: 533x

Další články blogera

Dana Tenzler

Velké finále díl 1., Cassini-Huygens a jeho nelehká cesta k Saturnu

Je největší, nejtěžší a nejkomplexnější sondou, jakou kdy NASA vyslala do vesmíru. Za pár měsíců ji čeká velkolepý pohřeb - bude navedena do nitra planety Saturn. Připomeňme si velkolepou misi do vzdálené části sluneční soustavy.

22.6.2017 v 8:00 | Karma článku: 18.34 | Přečteno: 242 | Diskuse

Dana Tenzler

Fyzika v kuchyni – tlakový hrnec

Je skoro tak starý jako Galileův dalekohled. Dnes ho najdete v téměř každé kuchyni. O obyčejných věcech často moc nepřemýšlíme. Ptali jste se někdy, proč se v něm vaří potraviny rychleji než v obyčejných hrncích? Délka textu 9 min

19.6.2017 v 8:00 | Karma článku: 28.08 | Přečteno: 740 | Diskuse

Dana Tenzler

Oteplování klimatu – stoupá opravdu koncentrace CO2 v atmosféře?

Jakou výpovědní hodnotu mají grafy a měření? Proč klimaaktivisté téměř nikdy neudávají chybu měření? Kritický pohled do zákulisí klimatického cirkusu. (délka blogu 15 minut)

15.6.2017 v 8:00 | Karma článku: 39.12 | Přečteno: 2551 | Diskuse

Dana Tenzler

Oteplování planety – skutečně je zvyšování teploty reálné?

Opravdu se naše klima otepluje? Jsou teploty, které měří meteorologové skutečně vyšší než ty, které panovaly před sto lety? A jakou roli hrají v těchto měřeních chyby? Názor meteorologa. (délka blogu 10 min.)

12.6.2017 v 8:00 | Karma článku: 41.63 | Přečteno: 3393 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Libor Čermák

Za tajemstvím červnových obrazců v obilí

Jaro pomalu končilo a s letním slunovratem se přiblížilo léto. A i toto období bylo zajímavé na výskyt tajuplných obrazců v obilí. O tom přináší informace moje další vydání svého agrosymbolového zpravodalství.

24.6.2017 v 15:46 | Karma článku: 9.78 | Přečteno: 253 |

Jita Splítková

Jejich malý svět

Ti dva pánové měli velké sny a v nich byl malý, maličkatý svět... nanosvět... a jeden z nich o něm sní dál

22.6.2017 v 9:28 | Karma článku: 7.10 | Přečteno: 210 | Diskuse

Dana Tenzler

Velké finále díl 1., Cassini-Huygens a jeho nelehká cesta k Saturnu

Je největší, nejtěžší a nejkomplexnější sondou, jakou kdy NASA vyslala do vesmíru. Za pár měsíců ji čeká velkolepý pohřeb - bude navedena do nitra planety Saturn. Připomeňme si velkolepou misi do vzdálené části sluneční soustavy.

22.6.2017 v 8:00 | Karma článku: 18.34 | Přečteno: 242 | Diskuse

Jiří Turner

Je pan Čermák potomkem lidoopů a mimozemšťanů?

Může to vypadat, že jsem si na pana Čermáka nějak zasedl, ale jelikož jeho smělé teze nelze napadnout přímo v diskusi a jsou patrně i tací, kteří se s nimi ztotožňují, dovoluji si na jeho bizarní článek reagovat vlastním článkem.

21.6.2017 v 17:55 | Karma článku: 18.84 | Přečteno: 812 | Diskuse

Jita Splítková

Správně nastavená ozubená kolečka

V historii vývoje počítačů jsou stovky jmen, připomeňme si některá. Tak třeba - víte kdo byl I.S.Brook?

21.6.2017 v 10:11 | Karma článku: 9.80 | Přečteno: 367 | Diskuse
Počet článků 347 Celková karma 26.29 Průměrná čtenost 677

Zajímám se o přírodní vědy. Budu psát o tom, co mě zaujalo. 

Seznam rubrik

Napište mi

Vzkaz autorovi


Zbývá 1000 znaků.


Toto opatření slouží jako ochrana proti webovým robotům.
Při zapnutém javaskriptu se pole vyplní automaticky.


více


Najdete na iDNES.cz

mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.