Una dintre cele mai comune întrebări pe care și-o pun oamenii, încă din copilărie, este: „De ce cerul este albastru?”. Deși pare un lucru banal, răspunsul la această întrebare implică o combinație fascinantă de fizică, optică și atmosferă. Cerul nu este pur și simplu albastru, ci apare așa datorită unui fenomen complex cunoscut sub numele de împrăștierea luminii. Vom prezenta explicațiile științifice într-un mod simplu și clar, descoperind cum lumina interacționează cu atmosfera pentru a crea acest efect vizual spectaculos.

Lumina soarelui și spectrul vizibil

Pentru a înțelege de ce cerul pare albastru, trebuie să începem prin a analiza lumina emisă de Soare. Deși o percepem ca fiind albă, lumina solară este, de fapt, compusă din multiple culori, fiecare având o lungime de undă diferită. Aceasta poate fi demonstrată cel mai ușor printr-o prismă, care descompune lumina albă într-un spectru de culori – același fenomen pe care îl vedem în formarea curcubeului.

Spectrul vizibil al luminii cuprinde următoarele culori, dispuse în ordinea lungimii de undă:

• Roșu (cea mai lungă lungime de undă, aproximativ 700 nm)
• Portocaliu
• Galben
• Verde
• Albastru
• Indigo
• Violet (cea mai scurtă lungime de undă, aproximativ 400 nm)

Culorile cu lungimi de undă mai mari, precum roșu și portocaliu, sunt mai puțin influențate de particulele din atmosferă, în timp ce culorile cu lungimi de undă mai scurte, cum ar fi albastrul și violetul, sunt mai susceptibile să fie împrăștiate.

Împrăștierea luminii în atmosferă

Atmosfera Pământului este compusă dintr-un amestec de gaze și particule microscopice. Atunci când lumina solară ajunge în atmosferă, aceasta interacționează cu moleculele de azot și oxigen, suferind un fenomen numit împrăștierea Rayleigh.

Împrăștierea Rayleigh se referă la modul în care lumina este deviată în toate direcțiile de către particule mai mici decât lungimea de undă a luminii însăși. Deoarece lumina albastră și violetă au lungimi de undă scurte, acestea sunt împrăștiate mult mai eficient decât lumina roșie sau galbenă.

De ce vedem cerul mai mult albastru decât violet? Chiar dacă violetul este împrăștiat mai intens, ochii noștri sunt mai sensibili la albastru și mai puțin la violet. În plus, atmosfera absoarbe o mare parte din lumina violetă, lăsând în principal nuanțele albastre să fie percepute de noi.

De ce cerul își schimbă culoarea la răsărit și apus?

Dacă în timpul zilei cerul este albastru, la răsărit și apus el capătă nuanțe portocalii și roșii. Acest fenomen este explicat tot prin împrăștierea luminii, dar în condiții diferite.

Dimineața și seara, Soarele se află la un unghi mai jos pe cer, iar lumina sa trebuie să parcurgă o distanță mai lungă prin atmosferă pentru a ajunge la ochii noștri. Pe acest drum lung, lumina albastră este aproape complet împrăștiată și eliminată din spectru, lăsând doar culorile cu lungimi de undă mai mari, cum ar fi portocaliul și roșul. Astfel, apusurile și răsăriturile ne oferă imagini spectaculoase, cu cer în nuanțe calde și intense.

Cum influențează condițiile atmosferice culoarea cerului?

Deși principiul de bază al împrăștierii luminii rămâne constant, există factori care pot influența culoarea cerului:

Poluarea și praful

În orașele mari, unde poluarea este ridicată, particulele mari din aer modifică modul în care lumina este împrăștiată. În loc de împrăștierea Rayleigh, poate avea loc împrăștierea Mie, care nu favorizează nicio lungime de undă în mod special. Acest lucru face ca cerul să pară mai albicios sau chiar gri în zilele cu smog intens.

Umiditatea și norii

Norii sunt formați din picături mari de apă care reflectă și refractă lumina în toate direcțiile. De aceea, un cer cu nori poate părea mai deschis sau chiar complet alb, în funcție de densitatea și altitudinea norilor.

Fenomene atmosferice extreme

În timpul erupțiilor vulcanice sau al furtunilor de nisip, particulele de cenușă și praf în suspensie pot duce la ceruri roșii sau portocalii chiar și în timpul zilei. Aceste particule absorb și reflectă lumina într-un mod diferit față de moleculele obișnuite din atmosferă.

Cerul pe alte planete – Este tot albastru?

Nu toate planetele au un cer albastru ca Pământul. Culoarea cerului depinde de compoziția atmosferei și de tipul de împrăștiere care predomină.

• Marte: Atmosfera marțiană este subțire și bogată în praf roșcat, ceea ce face ca cerul să pară portocaliu sau roșiatic în timpul zilei. Însă la apus, datorită împrăștierii particulelor fine, cerul poate deveni albastru.
• Venus: Datorită atmosferei sale dense, compuse în principal din dioxid de carbon și acid sulfuric, cerul venusian apare galben-portocaliu.
• Titan (satelitul lui Saturn): Are o atmosferă bogată în metan, ceea ce duce la un cer opac, portocaliu, cu o lumină difuză.

Aceste diferențe ne arată cât de variabilă poate fi percepția culorii cerului în funcție de condițiile atmosferice.

Cum putem demonstra împrăștierea luminii acasă?

Dacă vrei să înțelegi vizual fenomenul de împrăștiere a luminii, poți face un experiment simplu acasă.

Materiale necesare:

• Un pahar transparent cu apă
• O lanternă puternică
• Un pic de lapte sau săpun lichid

Instrucțiuni:

1. Umple paharul cu apă și adaugă câteva picături de lapte.
2. Amestecă bine până când apa devine ușor tulbure.
3. Aprinde lanterna și luminează paharul din lateral. Vei observa că lichidul capătă o nuanță albăstruie.
4. Dacă privești dintr-un unghi diferit, vei observa că lumina transmisă devine portocalie, exact cum se întâmplă cu cerul la apus.