Dlaczego niebo jest niebieskie, Słońce żółte, a trawa zielona?

Z pewnością kiedyś zadaliście sobie pytanie: dlaczego niebo jest niebieskie, Słońce żółte, a trawa zielona? Tak oczywiste dla nas kolory tych obiektów sprawiają, że przechodzimy nad tym do porządku dziennego, jednak czasami te pytania wracają. W najprostszym ujęciu za kolory tych codziennie obserwowanych obiektów odpowiada fizyka. Dziś przyjrzyjmy się tym zjawiskom fizycznym z bliska i odpowiemy na każde z zadanych pytań z osobna.

Widmo światła, widmo optyczne – co to właściwie jest?

Rozważając zagadnienia związane z kolorami, należy rozpocząć od pojęcia widma światła. Bowiem określony kolor danego obiektu, jaki widzimy zależy właśnie od widma światła, które dociera od niego do naszych oczu. Np. ściana, która została pomalowana na czerwono odbija dużo światła czerwonego, natomiast pochłania dużo światła niebieskiego, żółtego oraz zielonego. To właśnie to światło czerwone dociera do naszych oczu i powoduje ono, że widzimy ścianę jako obiekt w kolorze czerwonym.

Dlaczego niebo jest niebieskie?

W ciągu dnia atmosfera naszej planety jest oświetlona promieniowaniem słonecznym, które zawiera w sobie całe widmo widzialne – czerwień, zieleń i niebieski, a także kolory pośrednie. Jednocześnie cząsteczki, z których składa się nasza atmosfera, rozpraszają docierające do nich światło słoneczne na wszystkie strony. To rozproszenie nosi nazwę rozpraszanie Rayleigha. Jest to rozpraszanie światła przez cząstki, które znacznie mniejsze od długość fali, a im fala jest krótsza, tym rozpraszanie to jest silniejsze. Niebieski promień ulega zatem silniejszemu rozproszeniu niż pozostałe kolory. Patrząc podczas słonecznego dnia na niebo (lecz nie na tarczę słoneczną!!!), do naszych oczu docierają promienie rozproszone, przede wszystkim promienie niebieskie.

Kropelki wody, a także kryształki lodu, które są w chmurach lub mgle, są zazwyczaj większe od długości fali. To sprawia, że owe cząstki rozpraszają w przybliżeniu jednakowo promieniowanie widzialne. Dzięki temu chmury, obłoki i mgła wydają się nam najczęściej białe.

Dlaczego Słońce jest żółte?

Rozważania na temat koloru Słońca należy rozpocząć od tego zdania: nie sprawdzajcie koloru Słońca, patrząc na nie!!! Nawet bardzo krótka obserwacja naszej gwiazdy gołym okiem, może doprowadzić do uszkodzenia wzroku!!! Ale do rzeczy…

Słońce, ogień, czy też żarówka świecą dzięki temu, że mają wysoką temperaturę. Kolor ich światła zależy od temperatury. Temperatura w najgorętszych częściach płomienia świecy wynosi około 2000K, żarnika żarówki tradycyjnej – około 2800K. Ciało, którego temperatura wynosi 4000 K świeci barwą białą, ciało o temperaturze 5000 K – chłodno białą, natomiast o temperaturze 6500 K – zimno białą. Temperatura powierzchni Słońca – jego fotosfery – wynosi 5780 K, więc zgodnie z przedstawionym nazewnictwem jego światło powinno się określać jako zimno-białe (biel o lekko niebieskawym zabarwieniu). Lecz w astronomii Słońce określa się jako żółtego karła.

Mamy tu także do czynienia ze względnością koloru. Jeśli porównamy różne gwiazdy, okaże się, że niektóre z nich są bardziej żółtawe od Słońca, a niektóre bardziej niebieskie. To wobec tych niebieskich gwiazd Słońce faktycznie jest żółtawe i dlatego nazywa się je żółtym karłem. Nawet, jeżeli światło wysyłane przez Słońce określimy jako białe, nie oznacza to, że właśnie taki jego kolor zobaczymy na powierzchni Ziemi. Gdy światło słoneczne przechodzi przez atmosferę dochodzi do jego rozpraszania. Jak wspomniano wcześniej, rozprasza się przede wszystkim światło niebieskie, to z kolei sprawia, że po przejściu przez atmosferę światło słoneczne faktycznie jest nieco bardziej żółte aniżeli widziane w kosmosie.

Widzenie koloru jest również zjawiskiem fizjologicznym i psychicznym. Słońce widzimy zazwyczaj na błękitnym niebie. Mamy wówczas do czynienia z kontrastem barwnym. Nawet białe Słońce będziemy widzieć jako nieco zażółcone, ponieważ tłem jest niebo o intensywnym niebieskim kolorze – żółty jest kolorem dopełniającym do niebieskiego. Podczas zachodu lub wschodu Słońca można z kolei zaobserwować wyraźne poczerwienienie światła. Jest to związane z rozpraszaniem oraz załamaniem światła.

Dlaczego trawa ma kolor zielony?

Trawa, podobnie jak inne rośliny zielone, swój kolor zawdzięcza temu, że jej liście zawierają barwnik, który nazywamy chlorofilem. Jest to związek chemiczny, który jest względem budowy podobny do hemu – czerwonego barwnika krwi (to on wchodzi w skład hemoglobiny, która przenosi tlen). Różnica pomiędzy tymi związkami polega jednak na tym, że hem zawiera w swoim centralnym miejscu cząsteczki atom żelaza, natomiast chlorofil – atom magnezu.

Światło słoneczne powoduje, że z cząsteczki chlorofilu „wybijane” są elektrony, które prowadzą do reakcji fotosyntezy. W dużym uproszczeniu mówiąc, zjawisko to polega na produkcji cukrów oraz tlenu z wody i dwutlenku węgla. Tlen usuwany jest do atmosfery, natomiast cukry są „pożywieniem” i budulcem roślin. Chlorofil nadaje roślinom kolor zielony, gdyż pochłania on przede wszystkim światło niebieskie i czerwone. Światło zielone, czyli takie którego fala ma długość około 550 nanometrów, odbija. To sprawia, że ze światła słonecznego, które pada na trawę odbijana zostaje cała jego zielona część, która w wyniku tego trafia do naszych oczu. Można zatem powiedzieć, że trawa (ale również drzewa i krzewy) jest zielona dlatego, że fale świetlne w tym kolorze są dla niej zupełnie bezużyteczne.

Zobacz też:

• 22 cudowne, niesamowite i rzadkie zjawiska naturalne, które występują na ziemi
• „Fafrotskies”, czyli 12 najdziwniejszych rzeczy, które kiedykolwiek spadły z nieba
• 25 najbardziej kolorowych miast na świecie
• Co to jest i skąd się bierze deja vu?
• 10 największych sekretów, których do tej pory nie wyjaśniono