پدیده انتشار
انتشار نور و تفکیک رنگها مربوط به خود مولکولهای هواست،حتی در غیاب ذرات خارجی هم آسمانی آبی خواهیم داشت. طول موج نور از آبی بهسبز ، زرد و سرخ افزایش مییابد و طول موج مربوط به نور قرمز حدود ۱.۶۸برابر طول موج نور آبی است. هر یک از اجزای نور خورشید در همه جهتها ازمولکول منتشر میشود، ولی شدت آن همسان نیست. درخشانترین انتشار در جهتروبرو (مانند اینکه نور یک راست از مولکول میگذرد) و رو به پشت (بسویخورشید) است.
به نظر نیوتن رنگهای ظاهری اجسام طبیعی بستگی به این داردکه از آنها چه رنگی شدیدتر منعکس یا بسوی بیننده پراکنده میشود . بطورکلی ، شیوه سادهای وجود ندارد که بر اساس ساختار سطح ترکیب شیمیایی ومانند آنها پیش بینی کنیم که آن ماده چه رنگهایی را منعکس یا پراکندهمیکند. با این همه ، علت آبی بودن رنگ آسمان را با استدلال سادهایمیتوان توضیح داد.
همانطور که تامس یانگ با آزمایش نشان داد، طولموجهای گوناگون نور رنگهای متفاوت دارند، طول موج نور را با واحد نانومتریا با واحد آنگستروم میسنجند. دامنه طیف قابل رؤیت برای آدمی nm ۴۰۰ براینور بنفش تا حدود nm ۷۰۰ برای نور قرمز است. مانعهای کوچک میتوانند انرژییک موج فرودی را در همه جهتها پراکنده کنند و مقدار پراکندگی بستگی به طولموج دارد. به عنوان یک قاعده کلی ، هر چه طول موج در مقایسه با اندازهمانع بزرگتر باشد، موج بوسیله مانع کمتر پراکنده میشود. برای ذراتیکوچکتر از یک طول موج ، مقدار پراکندگی نور با عکس توان چهارم طول موجتغیـــیــر میکند. مثلاً ، طول موج نور قرمز در حدود دو برابر طول موجنور آبی است. بنابراین پراکندگی نور قرمز در حدود یک شانزدهم پراکندگی نورآبی است.
نوری که نسبت به مسیر اولیه خورشید در زاویه قائم منتشر شود،تنها نیمی از درخشندگی را خواهد داشت. همه رنگها به این شیوه منتشرمیشوند. ولی شدت انتشار هر یک از این رنگها در هر جهتی متفاوت است. شدتبا عکس توان چهارم طول موج متناسب است. از اینرو نور موج کوتاه (مانندآبی) خیلی شدیدتر از نور سرخ منتشر می شود که طول موج بلندتری دارد. ازآنجا که نسبت طول موج آنها ۱.۶۸است، نسبت انتشار نور آبی ۸ برابر درخشانتراز نور سرخ است.
● آسمان آبی
اکنون میتوانید بفهمید که چرا رنگآسمان آبی است. نور خورشید بوسیله مولکولها و ذرات گرد و غبار موجود درآسمان ، که معمولاً در مقایسه با طول موجهای نور مرئی بسیار کوچکند،پراکنده میشود. به این ترتیب ، نور طول موجهای کوتاه (نور آبی) بسیارشدیدتر از نور طول موجهای بلندتر بوسیله این ذرات پراکنده میشوند. وقتیکه به آسمان صاف نگاه میکنیم ، بیشتر این نور پراکنده شده است که به چشمما میرسد. دامنه طول موجهای کوتاه پراکنده شده (و حساسیت چشم آدمی بهرنگ) منجر به احساس رنگ آبی میشود.
کوتاهترین طول موجهای طیف مرئیبیشتر مطابق بنفش است تا آبی ، پس چرا آسمان بجای آنکه بنفش باشد آبی است؟نور خورشید اولیه در رنگ بنفش تا حدی ضعیفتر از آبی آست و بنفش کمتر ازآبی به ما میرسد. دلیل مهمتر اینکه چشم انسان نسبت به بنفش کمتر از آبیحساس است. اینکه مردم آبی بودن آسمان را بوجود بخار آب در جو نسبت بدهند،شاید به این دلیل باشد که اغلب تودههای آب آبی رنگ است.
از دلایل آبیبودن دریا این است که وقتی نور سفید چند متر از میان آب میگذرد،مولکولهای آب بخشی از انتهای سرخ طیف را جذب میکند و نوری که سرانجام بهچشم بیننده منعکس میشود بیشتر آبی شده است. و در آسمان آب کافی برای چنینجذبی وجود ندارد. لایه اوزون نیز نور سرخ را تضعیف میکند، ولی نقش ناچیزیدر آبی شدن آسمان دارد. از سوی دیگر ، فرض میکنیم که در یک روز مه آلودبه آسمان نگاه میکنیم.
در این صورت ، نور آبی باریکهای که به چشم مامیرسد بطور کامل پراکنده شده است، در حالی که طول موجهای بلندتر پراکندهنشدهاند. بنابراین، احساس میکنیم که رنگ خورشید متمایل به قرمز شده است.اگر آسمان جوی نداشت، آسمان سیاه به نظر میرسید و ستارگان در روز دیدهمیشدند. در واقع از ارتفاع Km ۱۶ به بالا ، که در آنجا جو زمین بسیاررقیق میشود، همان طوری که فضانوردان دریافتهاند، آسمان سیاه به نظرمیرسد و ستارگان در روز دیده میشوند.
● تأثیر شرایط جوی
گاهی هوادارای ذرات گرد و غبار یا قطرههای آبی به بزرگی طول موج نور مرئی است.اگر چنین باشد، رنگهایی جز رنگ آبی ممکن است به شدت پراکنده شوند. مثلاً ،کیفیت رنگ آسمان با بخار آب موجود در جو زمین تغییر میکند. روزهایی کههوا صاف و خشک است، آسمان آبیتر از روزهایی است که رطوبت هوا زیاد است.آسمان نیلگون ایتالیا و یونان ، که قرنها الهام بخش شاعران و نقاشان بودهاست، به سبب خشکی استثنایی هوای این سرزمینهاست.
مه آبی ـ خاکستری رنگیکه گاهی شهرهای بزرگ را میپوشاند بیشتر به سبب ذراتی است که از موتورهایدرون سوز (اتومبیلها ، کامیونها) و کارخانه های صنعتی منتشر شدهاند.موتور اتومبیل ، حتی وقتی که در حالت خلاص کار میکند، در هر ثانیه بیشتراز ۱۰۰ میلیارد ذره منتشر میکند. بیشتر این ذرات نامرئی هستند و اندازهآنها در حدود m ۰/۰۰۰۰۰۱ است.
چنین ذرههایی کالبدی برای تجمع گازها ،مایعات و ذرات جامد دیـگــــــر میشوند. این ذرههای بزرگتر سبب پراکندگینور و تیرگی هوا میشوند. گرانش بر این ذرهها تا وقتی که بر اثر تجمعمواد بیشتر در اطراف آنها خیلی بزرگ نشدهاند چندان تأثیری ندارد. اینذرات اگر بر اثر باران و برف مکرر شسته نشوند ممکن است ماهها در جو زمینبمانند. تأثیر چنین ابرهای غبارآلودی بر آب و هوا و بر سلامتی آدمی بسیارمهم است.
● رنگ غروب
وقتی به آسمان روز نگاه میکنید نوری رامیبینید که از لایه اوزون اندکی گذشته و جذب بوسیله آن ناچیز بوده است.در هنگام غروب وقتی شعاعهای نور از میان لایه اوزون مسیری مورب (و ازاینرو طولانیتر) دارند تا یه ما برسند، جذب بوسیله اوزون اهمیت پیدامیکند، ولی در آن موقع نیز دلیل آبی بودن آسمان ساز و کارهای مربوط بهپراکندگی (انتشار ریلی) میباشد، که قبلا بیان شده.
همین تأثیرها رنگکوههای تیره را در یک روز آفتابی توضیح میدهد. اگر کوهها زیاد دورنباشند، تصویرشان آبی رنگ است. چون نور مسلط آبی بوسیله مولکولهای میانشما و کوهها منتشر میشود، کوههای تا حدی دور هم باز آبی است. ولی کوههاییکه در فاصله دوری قرار دارند سفید هستند، درست همانگونه که افق سفید دیدهمیشود. نور خور شید در حال غروب در واقع نارنجی رنگ است (بین سرخ و زرد)،در حالی که اگر در مسیرشان بسوی ما تنها از میان مولکولهای هوان میگذشت،رنگش سرخ بود. دلیل اینکه رنگ آن سرخ یک دست نیست، این است که نور نه تنهااز میان مولکولها ، بلکه از میان ذرات ریز و افشانکهای جو هم منتشر میشود.
درهر موقع از روز وقتی در جهت خورشید نگاه کنید، بخشی از نور درخشان آن رادریافت میکنید که از میان همان ذرات ریز و افشانکها منتشر میشود و ازاینرو آن بخش از آسمان روشنتر از آن است که در غیاب ذرات میتوانست باشد.وقتی خورشید در بالای آسمان روشنتر از آن است که در غیاب ذرت میتوانستباشد. وقتی خورشید در بالای آسمان است، اطرافش سفید روشن است. ولی وقتیپایینتر قرار دارد، هر چه غلظت ذرات بیشتر باشد، اطراف خورشید در حال غروبدرخشانتر و محیط آن مشخصتر است.
در جریان غروب آفتاب در هوای صاف ، سمتالرأس (آسمان درست در بالای سر) آبیتر از هنگام روز میشود. با توجه بهاین که افق نزدیک خوشید ممکن است سرخ باشد، این افزایش رنگ آبی عجیب بهنظر میرسد. برای این آبی بودن چندین توضیح داده شده که محتملترین آنهامربوط به لایه اوزون است. وقتی هنگام غروب نور خورشید مسیر اریب تری را ازمیان لایه طی میکند، جذب انتهای سرخ طیف بوسبله اوزون ،موجب تسلط انتهایآبی بر بامه نور میشود. برخلاف انتشار ریلی که بامه در طی مسیر با آنروبرو می شود.
● آسمان پس از غروب
درست پس از غروب خورشید ، سایهزمین از افق خاور بالا می شاید. مرز سایه ، سرخ یا ارغوانی است. رنگ آنبستگی به نوری دارد که بر اثر انتشار ریلی در مسیر طولانی اش از لایه هایپایین جو سرخ شده است. در نزدیکی جایی که لبه بالایی سایه را می بینیدبخشی از نور در معرض انتشار ریلی قرار دارد و بسوی ما می آید. وقتی نور رادریافت میکنید، رنگ سرخ را در لبه بالا مشاهده می کنید. بخش بالایی سایهزیر لبه ممکن است آبی کم رنگ باشد.
به احتمالی بامه آبی ناشی ار نورخورشید است که از میان بخش بالایی و کم چگالتر جو میگذرد، از آنجایی کهجزء آبی بامه ، به اندازهای تضعیف نمیشود که در عبور از بخشهای پایین جوامکان آن وجود دارد، زیرا با مولکولهای هوای بیشتری درگیر بوده است. نزدیکبه ۱۰ دقیقه پس از آنکه خورشید غرو ب میکند، گه گاه لکهای ارغوانی برفراز آن در جایی میان ۳۰ و ۷۵ درجه از سمت الرأس پدید میآید. این لکه کهاغلب نور ارغوانی نامیده میشود، به ظاهر ناشی از وجود لایهای از ذرات درارتفاع ۱۶ تا ۲۰ کیلومتری و در بخش زیرین لایه اوزون است.
این ذراتممکن است غبار بیابان یا ذرات خاکستر یک فوران آتشفشان یا آتش سوزی بزرگیدر جنگل باشد. لکه ارغوانی حاصل نور بسیار سرخ و بسیار آبی است که ازناحیههای مختلف آسمان منتشر میشود. اجزای سرخ از نور خوشید در حاشیهزمین است و از جو زمین میگذرد که انتشار ریلی نور را سرخ میکند. بخشی ازاین نور از لایه ذرات عبور کرده و به همین خاطر نور خیلی سرخ دریافتمیشود. اجزای آبی از نور خورشیدی میرسد که از بخشهای فوقانی جو میتابدو از اینرو به آن اندازه سرخ نشده است.
بخشی از نور در معرض انتشارریلی قرار میگیرد و نور آبی بسوی شما فرستاده میشود. وقتی به مسیر نگاهمیکنید، هر دو اجزای نور سرخ و آبی در مسیر خط دید شما حرکت میکنند وترکیبشان احساس نور ارغوانی را پدید میآورد. دلیل اینکه بخشهای دیگرآسمان ارغوانی نیست، این است که بجای رنگ سرخ و آبی تنها ترکیبهای متفاوتیاز ته رنگها را دریافت میکنیم. وقتی بسوی آنها نگاه میکنیم، ممکن استبسته به زاویه دیدمان اقسام ته رنگها را داشته باشند.
نور ارغوانی دیگرولی نادر که در حوالی همان بخش نور اولی در آسمان ظاهر میشود، اما یک ونیم تا دو ساعت پس از غروب آفتاب اتفاق میافتد. احتمال میرود این نورنیز بوسیله همان لایه ذراتی بوجود میآید که نور ارغوانی اولی پدید آمد.اگر لایه گسترده باشد، بخشی از نور که از لایه زیر افق منتشر میشود ،ممکن است دوباره از لایه مرئی منتشر شود. نور تولید شده بخوبی درخشان استو در آن صورت یک لکه ارغوانی کمرنگ دیده میشود

اداره آموزش و پرورش خواف

دبيرستان پسرانه شهيد مطهري