چرا آسمان ابی آنطور که از فضا دیده می شود آبی نیست؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 999

سپاس: 644

جنسیت:

تماس:

چرا آسمان ابی آنطور که از فضا دیده می شود آبی نیست؟

پست توسط rohamjpl »

اگر به هر کتاب علمی رایج در این زمینه نگاه کنید، به شما می گوید که آسمان آبی است به دلیل پراکندگی ریلی در جو. در حالی که پراکندگی رایلی بخش بسیار مهمی از پاسخ است، تنها بخش نیست. اگر تنها اثر در کار پراکندگی ریلی بود، آسمان بنفش بود نه آبی. در واقع چهار عامل دخیل هستند. همه موارد لازم برای دادن پاسخ نهایی آبی:
ریلی در حال پراکندگی در جو
طیف نور خورشید برخوردی یک توزیع حرارتی است
تضعیف انبوه توسط جو
چشم و مغز انسان رنگ ها را به صورت غیر خطی مخلوط و درک می کند
پراکندگی رایلی زمانی اتفاق می افتد که نور از جسمی که بسیار کوچکتر از طول موج آن است، منعکس می شود. مشتقات فیزیکی نشان می دهد که برای پراکندگی رایلی، رنگ های با فرکانس بالاتر مانند آبی و بنفش بسیار قوی تر از رنگ های با فرکانس پایین مانند قرمز و نارنجی پراکنده می شوند. از نظر ریاضی، شدت نور پراکنده متناسب با $f^4\cdots $ است که f فرکانس نور است. این بدان معناست که رنگی که دو برابر فرکانس رنگ دیگری است، پس از پراکندگی، 16 برابر روشن تر از رنگ دیگر خواهد بود، اگر هر دو به یک اندازه روشن باشند. در جو، اجسامی که پراکندگی را انجام می دهند، عمدتاً مولکول های نیتروژن (N2) و مولکول های اکسیژن (O2) هستند. این مولکول ها بسیار کوچکتر از نور مرئی هستند (عرض مولکول های اکسیژن حدود 0.1 نانومتر و طول موج نور مرئی حدود 500 نانومتر است)، بنابراین پراکندگی در جو به صورت پراکندگی رایلی است. اما اگر این پایان داستان بود، آسمان بنفش بود و نه آبی، زیرا بنفش بالاترین فرکانس رنگ قابل مشاهده است. بیایید به اثرات دیگر نگاه کنیم.
طیف آسمان به دلیل پراکندگی ریلی به تنهایی
طیف رنگی آسمان اگر فقط پراکندگی رایلی درگیر باشد. آسمان بنفش به نظر می رسید. چیز خوبی است که بیشتر از پراکندگی ریلی اتفاق می افتد، وگرنه ما در اثر این همه پرتو فرابنفش سرخ می شویم. محور y روشنایی یک رنگ خاص است.
بیشتر مردم فکر می کنند که نور خورشید که در فضا پیش از برخورد با جو ما عبور می کند، رنگی کاملا سفید است. سفید کامل ترکیبی برابر از همه رنگ ها است. در واقع، نور خورشید که به جو برخورد می کند، توزیع یکسانی از رنگ ها ندارد، اما دارای توزیع حرارتی (سیاه-جسم) است. خورشید یک توپ بزرگ از گاز رشته ای است که بسیار شبیه به شعله شمع است. نوری که خورشید ما به فضا می فرستد توسط گرمای آن ایجاد می شود و بنابراین دارای توزیع گرمایی رنگ ها است. ماهیت دقیق توزیع حرارتی به دمای جسم درخشان بستگی دارد (به عنوان مثال عناصر توستر داغ در مقابل زغال سنگ سفید داغ). دمای سطح خورشید در حدود 5800 کلوین است که توزیع گرمایی را در مادون قرمز (در فضای فرکانس) به اوج می رساند. بنابراین، نور خورشیدی که به اتمسفر می‌تابد، ترکیبی برابر از همه رنگ‌ها نیست، بلکه ترکیبی از همه رنگ‌ها است که قرمز-نارنجی غالب است، و بیشتر آبی تا بنفش (حداقل در فضای فرکانس) است. این به توضیح اینکه چرا آسمان آبی است و بنفش نیست کمک می کند. اما معلوم می شود که هنوز کافی نیست.
طیف آسمان به دلیل پراکندگی ریلی و نور حرارتی خورشید
طیف رنگی آسمان با در نظر گرفتن پراکندگی ریلی + نور خورشید برخورد حرارتی. تصویر.
تضعیف حجیم به این معنی است که با عبور نور خورشید از اتمسفر غلیظ، به تدریج ضعیف‌تر می‌شود، زیرا در طول مسیر تا حدی پراکنده می‌شود. سرعت ضعیف‌تر شدن آن برای رنگ‌های با فرکانس بالاتر سریع‌تر است. به عبارت دیگر، از آنجایی که آبی و بنفش قوی‌ترین پراکندگی را دارند، در حین حرکت به سمت پایین در اتمسفر نیز سریع‌ترین زمان را از پرتو حرکت رو به جلو حذف می‌کنند. تضعیف حجیم چیزی است که غروب خورشید را قرمز و نارنجی می کند. هنگام غروب خورشید، نور خورشید با زاویه کم به ناظر نزدیک می شود، بنابراین باید در جو بسیار بیشتری حرکت کند. در واقع آنقدر از هوا عبور می کند که تا زمانی که نور به نزدیک ترین لایه هوا به ناظر زمینی می رسد، همه رنگ های سبز، آبی و بنفش مدت هاست که توسط لایه های بالاتر جو پراکنده شده اند و فقط قرمز باقی می مانند. و نارنجی در حالی که هنوز درست است که هوا در نزدیک‌ترین لایه آسمان به ناظر نور آبی و بنفش را قوی‌ترین پراکنده می‌کند، هیچ نور آبی یا بنفش در پرتو نور باقی نمانده است که در غروب آفتاب به دلیل تضعیف حجیم پراکنده شود. حتی در طول روز که خورشید در آسمان است، کاهش حجم اثر دارد. نور خورشید در پرتو رو به جلو در نزدیکی پایین جو در مقایسه با پرتو زمانی که در بالای جو بود دارای بنفش کمتری نسبت به آبی است زیرا رنگ بنفش سریعتر از پرتو جلویی ما پخش می شود. در حالی که این به توضیح اینکه چرا آسمان آبی است و بنفش نیست کمک می کند، کافی نیست.
طیف آسمان به دلیل پراکندگی ریلی، نور حرارتی خورشید و میرایی توده ایتصویر
طیف رنگی آسمان با در نظر گرفتن
آسمان روز در واقع آبی است که از فضا دیده می شود. به هر عکس رنگی دقیقی از زمین که از فضا گرفته شده است، دقت کنید و رنگ آبی همه چیز در روز غیرقابل انکار است. این رنگ آبی آسمان است. آسمان روز که از فضا مشاهده می شود، به دو دلیل یک حباب آبی جامد و یکنواخت نیست: (1) ابرهای سفیدی در آسمان وجود دارد که از فضا به خوبی از سطح زمین دیده می شود، و (2) آسمان. مات نیست
جو زمین بیشتر از مولکول های نیتروژن و مولکول های اکسیژن تشکیل شده است که به صورت گاز به اطراف می چرخند. هوا تقریباً کاملاً شفاف است. این چیز خوبی است، زیرا شفافیت هوا چیزی است که به شما امکان می دهد همزمان صفحه رایانه خود را ببینید و نفس بکشید. با این حال، هوا کاملا شفاف نیست. مقدار بسیار کمی از نوری که از هوا می گذرد به جای اینکه اجازه داده شود به حرکت در جهت جلو ادامه دهد، در همه جهات پراکنده می شود. به این پراکندگی، پراکندگی رایلی می گویند. رنگ‌های آبی و بنفش قوی‌ترین رنگ‌ها را در هوا پخش می‌کنند. در نتیجه، هنگامی که نور سفید در هوا حرکت می کند، کمی رنگ آبی مایل به سفید به هوا می دهد. (هوا در واقع به رنگ بنفش مایل به آبی-سفید است. با این حال، از آنجایی که انسان نمی تواند رنگ بنفش را به خوبی ببیند، ما هوا را سفید مایل به آبی می بینیم.) درست است که وقتی به دوست خود در اتاق نگاه کنید، نمی بینید. او را به رنگ آبی رنگی اما این به این دلیل است که هوای کمی بین شما و دوستتان وجود دارد که میزان نور پراکنده شده توسط هوا بسیار کمتر از آن چیزی است که چشمان شما می توانند تشخیص دهند. با این حال، اگر هوای کافی وجود داشته باشد، رنگ آبی هوا در واقع برای انسان قابل توجه می شود. این همان چیزی است که آسمان در روز وجود دارد: یک توده هوا به اندازه کافی بزرگ که رنگ آبی آن برای انسان قابل توجه می شود.
با وجود اتمسفر حاوی هوای زیادی، هوای کافی برای پراکندگی 100 درصد نور وجود ندارد و بنابراین به عنوان مات عمل می کند. بنابراین ما آسمان را به صورت یک لایه نیمه شفاف آبی متمایل به سفید می بینیم. وقتی روی سطح زمین می ایستید و به آسمان روز نگاه می کنید، ممکن است وسوسه شوید که آسمان مات است. با این حال، آسمان در طول روز اغلب شبیه یک کشش آبی یکنواخت و بی‌نظیر به نظر می‌رسد، تنها به این دلیل که اجسام روشن بسیار کمی در آن سوی آسمان وجود دارد. ستارگان آنقدر کم نور هستند که نور آنها در طول روز تحت تأثیر نور خورشید پراکنده شده توسط آسمان قرار می گیرد. ماهیت نیمه شفاف آسمان در روز با این واقعیت آشکار می شود که می توانید ماه را در طول روز از سطح زمین ببینید. و همانطور که انتظار می رود، ماه همانطور که از سطح زمین در طول روز دیده می شود آبی رنگ است. شما می توانید ماه را به خوبی در طول روز در آسمان مشاهده کنید، که نشان می دهد نیمه شفاف است. جو بین شما و ماه باعث می شود ماه در طول روز رنگ آبی به خود بگیرد. دقیقاً به همین دلیل، فضانوردی در فضا که از پایین به سطح زمین نگاه می‌کند، می‌تواند کوه‌ها و بیابان‌ها را به خوبی ببیند، اما آنها را به رنگ آبی متمایل به ما می‌بیند.
همه اینها منطقی است، اما به نظر می رسد هنوز عکس هایی از زمین از فضا گرفته شده است که آبی رنگ نشده اند. چگونه می توانیم این عکس ها را حساب کنیم؟ چند دلیل برای این وجود دارد. اول از همه، بسیاری از عکس‌هایی که از آنها به عنوان «عکس‌های فضایی» یا «تصاویر ماهواره‌ای» یاد می‌شود، در واقع از هواپیماهایی گرفته شده‌اند که در اتمسفر بسیار پایین قرار دارند و بنابراین رنگ آبی زیادی را نمی‌گیرند. به عنوان مثال، بیشتر تصاویر در Google Earth از هواپیما گرفته شده است (اما، Google Earth به طور مصنوعی برخی از تصاویر را در زوایای دید خاص و سطوح زوم آبی رنگ می کند تا آنها را واقعی تر نشان دهد). علاوه بر این، بسیاری از عکس‌های زمین که واقعاً از فضا گرفته شده‌اند، رنگ‌هایشان تغییر می‌کند تا عمداً رنگ آبی از بین برود. تا زمانی که یک عکس دارای رنگ های دقیق باشد و از فضا گرفته شده باشد، زمین در طول روز به دلیل جو همه جا آبی رنگ خواهد بود.
تصویر

ارسال پست