Prečo je obloha modrá?

Teória optiky nemusí byť nuda, aj keď základným faktom sa nevyhneme. No v článku uvidíte Star Wars, krvavý mesiac, neviditeľné sklo a ilustračný obrázok z Paintbrushu.

0
1147
Prečo je obloha modrá?

Obloha je modrá. Zamysleli ste sa niekedy, prečo je to tak, alebo prečo je mesiac červený, keď je nízko nad obzorom? Na pochopenie týchto a podobných javov je nevyhnutné zodpovedať niekoľko základných otázok o svetle.

Elektromagnetické žiarenie

Elektromagnetické žiarenie je prítomné všade okolo nás, a dokonca v celom známom vesmíre. Vyžaruje ho každá hviezda alebo plameň zápalky.

rychlost svetla
“Watch the thrust. We’re going out of here at lightspeed.”
― Han Solo

Nositeľom žiarenia je fotón. Elementárna častica sa pohybuje konštantnou rýchlosťou
299 792,458 km/s, čo je približne 1 079 252 848 hm/h, to je hodnota rýchlosti, známa aj ako rýchlosť svetla. V astronómii sa kvôli obrovským vzdialenostiam používa jednotka vzdialenosti svetelný rok, čo je vzdialenosť, ktorú prejde svetlo za rok (cca 9 454 264 416 300 km).

Fotón sa nepohybuje priamočiaro, ale vlnou, to znamená, že počas pohybu opakovane vykonáva cyklus jednej vlny. Opakuje rovnaký cyklus a podľa toho, aký počet týchto cyklov za sekundu zopakuje, hovoríme o cykloch za sekundu – frekvencii. Od roku 1960 používame na vyjadrenie frekvencie jednotku Hertz (Hz), ktorá je pomenovaná podľa nemeckého profesora, fyzika a bádateľa v oblasti elektromagnetizmu Henricha Rudolfa Hertza.

Elektromagnetické žiarenie delíme podľa jeho vlnenia na:

  • γ(gamma) žiarenie
  • röntgenové žiarenie
  • ultrafialové žiarenie
  • viditeľné spektrum
  • infračervené žiarenie
  • mikrovlné žiarenie
  • rádiové vlny
  • dlhé rádiové vlny
elektromagneticke spektrum
Elektromagnetické žiarenie

Čo je svetlo?

Svetlo je elektromagnetické žiarenie s frekvenciou, ktorú sme schopní vnímať ľudským okom, ide o tzv. viditeľné spektrum. Touto častou elektromagnetického žiarenia sa zaoberá vedný odbor fyziky – optika.

Svetlo v GIFku z Wikipédie
Svetlo v GIFku z Wikipédie

Čo je farba?

Farba je svetlo v určitej vlnovej dĺžke. Podľa toho, ako sa mení pomer a intenzita rôznych vlnových dĺžok, vnímame farebné odtiene. Biele svetlo je kombináciou všetkých frekvencií viditeľného spektra, čierna je absenciou viditeľného svetla, preto o čiernej a bielej nehovoríme ako o farbách. Aj keď nechýbajú v žiadnej palete. Mimochodom, ľudské oko je schopné vidieť približne 16,7 milióna farieb, teda akékoľvek televízory a zariadenia, ktoré propagujú väčšie čísla, sú Vám zbytočné – pokiaľ nie ste hmyz alebo holub (majú najlepší zrak na planéte, čo sa týka na rozpoznávania farieb).

Viditeľné spektrum

Lom a odraz

Všetko okolo nás má vplyv na svetlo, či už ho odráža ako zrkadlo alebo absorbuje ako čierny povrch. Spýtajte sa ľudí, ktorí modelujú v 3D programoch, ktorá časť ich práce je najťažšia. Vlastnosti povrchu určujú jeho farbu. Napríklad, červený obrus pohltí väčšinu viditeľného spektra a odrazí červené svetlo.

Dokonalé číre sklo na jednej strane svetlo prepúšťa a neodráža, no nie je neviditeľné, pretože svetlo sa pri prechode do iného prostredia láme. To sa využíva najmä pri šošovkách a pod. Na videu nižšie si môžete pozrieť zaujímavý fyzikálny jav – dva rozdielne materiály (sklo a tekutý glycerín) s rovnakým indexom odrazu svetla splývajú, preto je sklo ponorené v glyceríne neviditeľné.

Existuje však zvláštna vlastnosť svetla a tou je skutočnosť, že rôzne vlnové dĺžky sa pri prechode do iného prostredia nelámu rovnako.

By Dispersive_Prism_Illustration_by_Spigget.jpg: Spiggetderivative work: Cepheiden (talk) - Dispersive_Prism_Illustration_by_Spigget.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12098156
Obrázok lomu svetla z Wikipédie

Tento pokus si určite pamätáte z hodín fyziky na základnej škole. Dôvodom tohto javu je „lámavosť“ rôznych frekvencií svetelného spektra. Kratšie vlnové dĺžky (teda modrá farba ako obloha) majú lepšiu lámavosť, preto sa svetlo zlomí vo väčšom uhle, zatiaľ čo červená s horšou lámavosťou sa lomí v menšom uhle. Takto – odrazom od kvapiek vody – v prírode vzniká dúha.

Prečo je teda obloha modrá?

Svetlo vchádza do atmosféry zeme z vákua, takže prechádza do iného prostredia, a preto sa láme a odráža od molekúl vzduchu. Modré svetlo sa ľahšie odráža, takže sa rozptýli a zafarbí oblohu.

Preto je obloha modrá
Preto je obloha modrá

Napoludnie, keď je slnko nad pozorovateľom (na obrázku hore jednoruký bez kravaty), svetlo prejde pomerne krátku vzdialenosť atmosférou, preto sa len málo svetla odrazí a my vidíme slnko biele. Ak je slnko na obzore, svetlo prejde veľkú vzdialenosť vzduchom, preto sa väčšina modrého svetla odrazí, a tak vidíme svetlo zafarbené do červených tónov zapadajúceho slnka. Rovnakým spôsobom vzniká aj tzv. krvavý mesiac.

krvavý mesiac
Krvavý mesiac – ak svetlo musí prejsť dlhšiu vzdialenosť, modré svetlo sa počas dlhej cesty odrazí a ostáva červené.

Autor: Matúš Angelovič