Bầu trời có màu xanh là nhờ quá trình các phân tử oxi và nito trong bầu khí quyển Trái Đất phân tán các ánh sáng màu xanh (vốn có bước sóng ngắn) từ Mặt trời. Khi ánh sáng đi vào bầu khí quyển của Trái đất, các ánh sáng có bước sóng dài (như đỏ, cam, vàng) đều không bị phân tử khí hấp thụ nên sẽ đi xuyên qua đó. Riêng ánh sáng bước sóng ngắn (như xanh) bị các phân tử khí hấp thụ và tán xạ theo nhiều hướng khác nhau.
Do ánh sáng xanh tán xạ khắp bầu trời nên bạn có thể nhìn thấy trời cao xanh ngắt một màu ở bất kì nơi đâu. Nếu để ý, bạn sẽ thấy bầu trời nhạt dần ở phía đường chân trời. Ấy là bởi ánh sáng xanh phải đi qua nhiều lớp không khí, chịu đựng sự tán xạ mới tới được nơi bạn.
Vũ trụ thực chất màu xanh thẫm gần đen.
Ở khoảng cách mặt đất tới bầu khí quyển có ánh sáng ngăn cản khiến chúng ta lầm tưởng đó là màu xanh nhạt
là vì một ít ánh sáng đỏ,cam,vàng có thểcủa không khí.Tuy nhiên một lượng lớn bước sóng ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ.Ánh sáng bước sóng ngắn bị hấp thụ sau đó được tán xạ ra ngoài theo rất nhiều hướng khác nhau,lúc này ánh sáng xanh xe tán xạ khắp bầu trời do đó ta sẽ thấy bầu trời có màu xanh
chọn mk nha :D
Một ít ánh sáng đỏ, cam, vàng có thể bị ảnh hưởng của không khí. Tuy nhiên, một lượng lớn bước sóng ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ. Ánh sáng bước sóng ngắn bị hấp thụ sau đó sẽ được tán xạ ra ngoài theo rất nhiều hướng khác nhau. Lúc này, ánh sángxanh sẽ tán xạ khắp bầu trời.
Lý giải nguyên nhân bầu trời có màu xanh
Ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy được) là một phần của phổ điện từ mà mắt người có thể nhìn thấy được. Ánh sáng từ mặt trời hay bóng đèn điện được gọi là ánh sáng trắng.
Ánh sáng mặt trời có 7 gam màu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mỗi màu sắc tương ứng với 1 bước sóng, tần số và mang năng lượng khác nhau. Ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất trong dải quang phổ khả kiến. Điều này đồng nghĩa với việc tần số và năng lượng của ánh sáng tím là cao nhất trong dải quang phổ khả kiến. Ngược lại, ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất, tần số thấp nhất và sẽ mang ít năng lượng nhất.
Ánh sáng trong không khí
Ánh sáng di chuyển trong không gian theo đường thẳng nếu không có gì làm nó bị nhiễu loạn. Khi ánh sáng di chuyển vào trong bầu khí quyển, nó tiếp tục đi theo đường thẳng cho đến khi gặp phải các hạt bụi nhỏ hoặc các phân tử khí cản lại. Kể từ lúc này, những gì xảy ra với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của nó và kích thước của những vật mà nó chiếu vào.
Những hạt bụi và nước trong không khí có kích thước lớn hơn so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Khi ánh sáng chiếu vào những hạt có kích thước lớn hơn, nó sẽ bị phản xạ lại theo nhiều hướng khác nhau hoặc bị các vật cản hấp thu. Do các màu sắc khác nhau trong ánh sáng đều bị phản xạ lại từ các hạt theo cùng một hướng nên ánh sáng phản xạ từ các hạt cản vẫn là ánh sáng trắng và chứa tất cả các màu ban đầu.
Ngoài bụi và nước, trong khí quyển cũng chứa các phân tử khí. Các phân tử khí này có kích thước nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Nếu ánh sáng trắng chiếu vào các phân tử khí, thì chuyện không đơn giản như khi chiếu vào bụi hay các hạt nước.
Khi ánh sáng chiếu vào phân tử khí, "một phần" của nó có thể bị phân tử khí hấp thụ. Sau đó, các phân tử khí sẽ bức xạ ánh sáng theo nhiều hướng khác với ban đầu. Sở dĩ có khái niệm "một phần" xuất hiện ở đây là vì sẽ có một số bước sóng trong ánh sáng trắng (tương ứng với các màu sắc) dễ bị hấp thụ, một số bước sóng khác khó bị hấp thụ hơn. Nói cách khác, một số bước sóng ngắn (như màu xanh dương) sẽ bị hấp thụ nhiều hơn so với các bước sóng dài (như màu đỏ).
Quá trình trên được gọi là tán xạ Rayleigh. Hiện tượng được đặt theo tên của người phát hiện ra nó: Lord John Rayleigh, một nhà vật lý học người Anh. Vào năm 1871, Rayleigh đã đưa ra phương trình tính hệ số tán xạ của một vật tỷ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng (ký hiệu là lamda) mũ 4. Nói cách khác, ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì càng bị tán xạ nhiều hơn và ngược lại.
Đã có thể trả lời câu hỏi ban đầu: Màu xanh của bầu trời là do tán xạ Rayleigh
Do bước sóng của ánh sáng (100~1000 nm) lớn hơn so với kích thước của các phân tử khí (10 nm) nên chúng ta có thể áp dụng công thức tán xạ Rayleigh cho hiện tượng tán xạ ánh sáng trong khí quyển của Trái Đất.
Khi ánh sáng đi vào khí quyển của Trái Đất, hầu hết những bước sóng dài đều không bị các phân tử khí hấp thụ nên có thể đi xuyên qua. Một ít ánh sáng đỏ, cam, vàng có thể bị ảnh hưởng của không khí. Tuy nhiên, một lượng lớn bước sóng ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ. Ánh sáng bước sóng ngắn bị hấp thụ sau đó sẽ được tán xạ ra ngoài theo rất nhiều hướng khác nhau.
Lúc này, ánh sáng xanh sẽ tán xạ khắp bầu trời. Vào ban ngày, cho dù bạn đứng ở bất cứ đâu và nhìn theo hướng nào thì một số ánh sáng xanh bị tán xạ luôn hướng tới mắt của bạn. Do đó, khi bạn ngước nhìn lên phía trên đầu mình thì bầu trời sẽ luôn có màu xanh.
Nếu bạn chú ý kỹ hơn, thì khi nhìn càng gần về phía đường chân trời thì bầu trời có vẻ nhạt màu hơn. Đó là do, để đến được vị trí của bạn, ánh sáng xanh sau khi bị tán xạ phải đi qua thêm nhiều lớp không khí. Một phần tiếp tục bị tán xạ theo nhiều hướng khác. Do đó, có ít ánh sáng xanh từ phía gần chân trời tiến đến vị trí của bạn hơn so với lượng ánh sáng xanh từ đỉnh đầu bạn.
Bầu trời xanh mỉm cười cùng tôi
Tôi chẳng còn gì ngoài bầu trời xanh...
- Irving Berlin
Nếu bạn từng hỏi tại sao, giống như Irving Berlin, bạn thấy “chẳng có gì hết ngoài bầu trời xanh”, thì xem như bạn đang có tâm trạng tốt. Nhiều thế kỉ trôi qua và rất nhiều con người thông minh – như Aristotle, Isaac Newton, Thomas Young, James Clerk Maxwell và Hermann von Helmholtz – đã chật vật đi tìm câu trả lời, một phần vì lời giải đáp có quá nhiều thành phần: màu sắc của ánh sáng mặt trời, góc tia nắng mặt trời truyền qua khí quyển, kích cỡ của các hạt bụi và các phân tử không khí, và phương thức mắt chúng ta cảm nhận màu sắc.
Bây giờ hãy tạm lấy bầu trời ra khỏi phương trình toán học và bắt đầu nhìn vào màu sắc thôi. Từ một quan điểm vật lí, màu sắc gợi đến bước sóng của ánh sáng nhìn thấy rời khỏi một vật và đi tới một bộ cảm biến, ví dụ như mắt người. Những bước sóng này có thể bị phản xạ, hay tán xạ, từ một nguồn bên ngoài, hoặc chúng có thể tỏa ra từ chính vật đó.
Màu sắc của một vật thay đổi tùy thuộc vào màu sắc chứa trong nguồn sáng; ví dụ, nước sơn màu đỏ, nhìn dưới ánh sáng xanh lam, trông có màu đen. Isaac Newton đã chứng minh với một lăng kính rằng ánh sáng mặt trời chứa đầy đủ màu sắc của phổ nhìn thấy, cho nên mọi màu sắc đều là có thể dưới ánh mặt trời.
Ở trường học, số đông chúng ta đã biết rằng một quả chuối trông có màu vàng là bởi vì nó phản xạ ánh sáng màu vàng và hấp thụ mọi bước sóng khác. Điều này là không chính xác. Quả chuối làm tán xạ màu cam và màu đỏ nhiều y màu vàng vậy, và làm tán xạ mọi bước sóng trong vùng nhìn thấy đến một chừng mực nhất định nào đó. Nguyên nhân thật sự nó trông có màu vàng liên quan đến cách mắt chúng ta cảm nhận ánh sáng. Tuy nhiên, trước khi đi sâu vào vấn đề đó, chúng ta hãy ngước mắt nhìn lại xem bầu trời thật ra có màu gì.
Bầu trời xanh mang thi vị đến cho cuộc sống
Giống như quả chuối, các nguyên tử, phân tử và các hạt bụi trong khí quyển hấp thụ và làm tán xạ ánh sáng. Nếu chúng không làm thế, hoặc nếu Trái đất không có khí quyển, thì chúng ta sẽ cảm nhận mặt trời là một ngôi sao rất sáng trong số vô vàn ngôi sao khác trong một bầu trời đêm vĩnh cửu. Tuy nhiên, không phải mọi bước sóng trong phổ nhìn thấy đều bị tán xạ như nhau. Những bước sóng ngắn, năng lượng cao hơn, tiến về đầu tím của quang phổ, tán xạ tốt hơn những bước sóng tiến về đầu đỏ, dài hơn, và năng lượng thấp hơn. Xu hướng này một phần là do năng lượng cao của chúng, cho phép chúng chạy ping-pong đi xa hơn, và một phần là do hình dạng của các hạt bụi mà chúng tương tác trong khí quyển.
Vào năm 1871, ngài huân tước Rayleigh đã nghĩ ra một công thức mô tả một tập con của những tương tác này, trong đó các hạt khí quyển nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của bức xạ đi tới chúng. Mô hình tán xạ Rayleigh cho thấy, trong những hệ như thế, cường độ của ánh sáng tán xạ biến thiên tỉ lệ nghịch với lũy thừa bốn của bước sóng của nó. Nói cách khác, bước sóng càng ngắn – như ánh sáng lam và tím – thì tán xạ xa hơn nhiều khi các hạt khí quyển – ví dụ như các phân tử oxygen và nitrogen – tương đối nhỏ. Dưới những điều kiện này, ánh sáng tán xạ còn có xu hướng khuếch tán đều nhau theo mọi hướng, đó là nguyên do vì sao bầu trời trông thấm đẫm màu sắc như thế.
Nếu chúng ta đủ khờ khạo mà nhìn thẳng vào mặt trời, chúng ta sẽ thấy mọi bước sóng, vì ánh sáng mặt trời khi đó sẽ đi thẳng vào mắt chúng ta. Đó là nguyên do mặt trời và vùng bao quanh nó trông có màu trắng. Khi chúng ta nhìn từ mặt trời ra xa, vào bầu trời trong sáng, chúng ta sẽ thấy ánh sáng chủ yếu từ những bước sóng tán xạ, ngắn hơn, như ánh sáng tím, chàm, và lam.
Vậy tại sao bầu trời không tím mà lại xanh? Câu trả lời nằm ở mắt của chúng ta. Cửa sổ tâm hồn của bạn cảm nhận màu sắc qua những cấu trúc gọi là tế bào hình nón. Mỗi võng mạc của bạn đan tua tủa khoảng 5 triệu tế bào hình nón, chúng gồm ba loại chuyên chức năng nhìn những màu sắc khác nhau. Mặc dù mỗi loại tế bào hình nón nhạy nhất với những bước sóng nhất định, nhưng vùng nhìn của các loại tế bào hình nón chồng lấn lên nhau. Vì thế, các quang phổ và kết hợp phổ khác nhau có thể được nhìn thấy là có cùng màu.
Không giống như thính giác của chúng ta, cái có thể nhận ra từng nhạc cụ phát trong một dàn nhạc, mắt và não của chúng ta cảm nhận những kết hợp nhất định của các bước sóng là một màu sắc rạch ròi. Thị giác của chúng ta cảm nhận ánh sáng lam-tím của bầu trời là một hỗn hợp của ánh sáng lam và ánh sáng trắng, và thế là bầu trời trong xanh trên đỉnh đầu của mỗi người chúng ta.
____
Màu sắc của bầu trời có thể thay đổi tùy thuộc vào bụi bặm, chất ô nhiễm và hơi nước, chúng ảnh hưởng đến sự hấp thụ và tán xạ của ánh sáng mặt trời theo những kiểu khác nhau. Tông màu đỏ của hoàng hôn chủ yếu là do thực tế ánh sáng mặt trời truyền xa hơn trong khí quyển để đi tới mắt chúng ta. Lúc ánh sáng đi tới mắt, nó đã bị tước hết những bước sóng ngắn, chúng đã bị tán xạ ra xa hết rồi, chỉ để lại bước sóng dài cùng ánh đỏ da diết của bầu trời hoàng hôn.
