De ce este cerul roșu la apus și la răsărit?

Am remarcat cu toții că lumina solara își schimbă culoarea în cursul zilei. Cea mai deschisă culoare, galben spre alb, se observă la mijlocul zilei, iar la răsărit și apus culorile se schimbă spre portocaliu și roșu. În același timp, cerul senin este albastru iar cu cât atmosfera este mai curată albastrul devine mai închis. În caz că v-ați întrebat vreodată de ce, iată explicația.

Ce este lumina?

Lumina este o parte a spectrului electromagnetic compusă din cele 7 culori de bază cunoscute ca ROGVAIV (roșu, orange, galben, verde, albastru, indigo și violet) și dintr-o gamă largă de culori intermediare. Diferența de la o culoare la alta constă în lungimea de undă sau frecvența caracteristică, iar ochii noștri sunt niște ”senzori” care captează lungimile de undă și creierul nostru le interpretează ca fiind culori (vedeți imaginea de mai jos).

De ce este cerul albastru?

La trecerea prin atmosfera Pământului, lumina interferează cu gazele componente (în special azotul și oxigenul, care împreună compun 99% din gazele atmosferice) și intervine astfel fenomenul de difuzie a luminii. Interacțiunea cea mai pronunțată se constată în cazul luminii  cu lungimea de undă cea mai mică (violet, indigo și albastru), deoarece lungimea de undă se apropie ca dimensiune de cea a moleculelor gazelor respective. În acest fel, lumina violetă și albastră este reflectată de la o moleculă la alta  astfel încât pare că vine de peste tot (lumină difuză), motiv pentru care cerul are culoare albastră. Fenomenul poate fi imaginat ca un soi de ”ping-pong ceresc”, cu un număr infinit de mingi de culoare albastră care vin spre noi. Culoarea cerului este albastru și nu violet deoarece Soarele emite culoarea albastră cu o intensitate mai mare și pentru că ochii noștri captează mai eficient această culoare.

De ce devine lumina roșie la apus și la răsărit?

Lumina cu lungime de undă mai mare, galbenă, portocalie și roșie, interferează mai puțin cu moleculele gazelor atmosferice și trece mai ușor prin atmosferă. La apus și la răsărit calea parcursă de razele solare prin atmosferă este cea mai lungă și prin urmare,culorile care reușesc să ajungă mai ușor la noi sunt roșul și portocaliul, în timp ce albastrul și violetul se pierd din ce în ce mai mult din cauza difuziei. Fenomenul poate fi accentuat de prezența moleculelor de apă, a norilor, a prafului sau a unor substanțe poluante. În timpul unor erupții vulcanice, de exemplu, mari cantități de cenușă și gaze pot fi emanate în atmosfera, în acest caz cerul devenind de un roșu aprins, acesta este și motivul pentru care în înțelepciunea populară se spune că un cer de un roșu ieșit din comun, prevestește un eveniment negativ.

De ce este Soarele alb la miezul zilei?

Când culorile se amestecă rezultă lumina albă. Pe acest principiu funcționează și ecranul monitorului sau a telefonului pe care citiți acest articol. La miezul zilei când Soarele se află la înălțimea maximă pe bolta cerească (la zenit), razele solare parcurg cea mai mică distanță prin atmosferă, astfel că reușesc să ajungă la noi în mod direct toate razele luminoase, de la albastru la roșu. Prin amestecul culorilor, Soarele se apropie din ce în ce mai mult de culoarea albă, iar cu cât atmosfera este mai curată  cu atât amestecul este mai complet și galbenul începe să dispară în detrimentul albului. În afara atmosferei terestre Soarele are culoare de un alb strălucitor.

De ce au luminile de avertizare culoare roșie, portocalie sau galbenă?

Lumina roșie ne avertizează asupra unor pericole iminente, lumina roșie a semaforului, luminile roșii ale automobilelor la frânare,  culoarea roșie a indicatoarelor de avertizare și multe altele, toate au această culoare tocmai pentru că lungimea de undă mai mare a acestei culori permite o propagare mai ușoară prin atmosferă și deci, luminile și obiectele roșii pot fi văzute mai rapid și de la distanță mai mare. În mod similar culoarea galbenă este utilizată pentru proiectoarele de ceață a automobilelor în detrimentul luminilor albe.

Supliment pentru cei mai curioși și/sau iubitori de fizică

Radiație electromagnetică sau fotoni?

De fapt vorbim de același fenomen analizat dintr-un alt punct de vedere. Radiația electromagnetică poate fi considerată ca un flux de fotoni cu energie diferită care călătoresc prin Univers (macro și microcosmos) cu viteza luminii. Cele mai reduse nivele de energie se înregistrează  la undele radio în timp ce fotonii radiațiilor Gamma au cea mai mare energie. Nivelul de energie în cazul fotonilor se măsoară în elecronvolți.

Cum se măsoară radiația electromagnetică?

Putem să vorbim despre radiația electromagnetică în termeni de: lungime de undă, frecvență și nivel de energie. De ce trei unități de măsură? Răspunsul scurt ar fi că oamenii de știință încearcă să lucreze cu unități de măsură apropiate de domeniul lor de cercetare încercând să evite utilizarea unor numere mari. Studiul spectrului electromagnetic se face în  multe domenii ale științei de la astronomie la optică sau de la fizică la medicină nucleară.

• Lungimea de undă se măsoară în metri și respectiv subunități metrice cum ar fi micrometri (μm) sau nanometri (nm). O altă modalitate de măsurare este în unități Ångström (Å) (1 Å = 100 pm = 10⁻¹ nm = 10⁻⁴ μm = 10⁻⁷ mm = 10⁻⁸ cm = 10⁻¹⁰ m) după fizicianul suedez cu acest nume. Astronomii care studiază partea optică a spectrului și specialiștii în teledetecție (de exemplu cei de la Landsat ) utilizează această unitate de măsură. De exemplu, în nanometrii, spectrul vizibil al luminii variază intre 400 și 700 nm.

• Frecvența se măsoară în gigahertz (Ghz). Astronomii și electroniștii care studiază undele radio și nu numai (vezi frecvența procesorului pe care îl folosești acum în PC sau mobil ???? ) preferă să folosească ca unitate de măsură frecvența. Undele radio se încadrează ca dimensiune între 1cm și 1km, ce corespunde ca frecvență la un ecart între 30 gigahertz (Ghz) și 300 kilohertz (Khz).
• Nivelul de energie măsurat în elecrtonvolți (eV) este preferat ca unitate de măsură de specialiștii care studiază razele X sau gamma, aceștia analizând spectrul sub formă de particule elementare numite fotoni. În acest caz discutăm de nivele de energie foarte mari ”inghesuite” în porțiuni foarte mici ale spectrului electromagnetic, deci lungimi de undă foarte mici și frecvențe foarte mari, în ambele cazuri niște numere mari, greu de folosit în calcule, motiv pentru care se folosește electronvoltul. Razele X, o parte din ele utilizate în radiografie medicală, au energie cuprinsă între 100 eV și 100 000 eV.

Bibliografie:

1. Alan H. Strahler, (2013), Introducing Physical Geography, Fourth edition, John Wiley & Sons, United States of America;
2. Alan H. Strahler & Zeeya Merali, (2007), Visualizing Physical Geography, John Wiley & Sons, United States of America;
3. Darrel Hess, (2013), McKnight’s physical geography : a landscape appreciation, Eleventh edition, Pearson Education United States of America
4. Robert W. Christopherson, (2011), Geosystems: An Introduction to Physical Geography, Eight edition, Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey
5. http://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/emspectrum1.html

Apusul din balcon…

Cam așa arată apusul câteodată de la mine din balcon și care m-a inspirat să scriu acest articol…la voi cum e?

Alexandru Mureșan