בשעות היום, קרינה קצרת גל מהשמש מתפזרת באטמוספרה וצובעת את השמים בכחול. מה גורם לצבע השמיים להשתנות עם רדת הערב?

דמיינו לעצמכם שקיעה. השמש הולכת ומתקרבת אל האופק במערב, הצללים מתארכים, האור מתחיל להתעמעם. העננים בשמיים מתמלאים צבעים חמים, גווני אדום וכתום מרהיבים. השמש כבר נעלמה לגמרי מאחורי האופק, אבל צבעי הדמדומים עוד שולטים בשמיים, דוהים והולכים, עד שהחושך יורד. יפה, נכון? אבל מה בעצם קורה שם?

האטמוספרה היא שכבת הגז המקיפה את כדור הארץ. היא מורכבת ברובה מחנקן (78 אחוז), חמצן (21 אחוז), ארגון (כ-1 אחוז), וגזים נוספים כגון פחמן דו-חמצני, מתאן ואוזון בריכוזים נמוכים יותר. בנוסף יש בה טיפות מים זעירות, גבישי קרח וחלקיקים קטנים אחרים. כשקרינה מהשמש נתקלת במכשול, כמו מולקולת חנקן או חמצן באטמוספרה, נוצרת אינטראקציה בין הקרינה למולקולה שמביאה לפיזור הקרינה לכל הכיוונים. התהליך הזה נקרא פיזור ריילי (Rayleigh), והוא לא קורה תמיד באופן זהה, אלא משתנה בהתאם לגודל החלקיק או המולקולה ולאורך הגל של הקרינה.

עושים גלים

קרינה נעה במרחב בגלים, ואורך הגל הוא המרחק בין שתי פסגות סמוכות של מסלול הגל. אם נדמה את זה לגלי ים, אורך הגל יהיה המרחק בין הנקודות הגבוהות ביותר של שני גלים סמוכים. קרינת השמש היא קרינה אלקטרומגנטית שמורכבת ממגוון רב של גלים באורכים שונים. לדוגמה, אחד מסוגי הקרינה האלקטרומגנטית הוא גלי רדיו, שאורכם יכול להגיע לכמה קילומטרים, ואילו האור הנראה, כלומר אורכי הגל שהעיניים שלנו מסוגלות לראות, מתאפיין באורכי גל של 700-400 ננומטרים, או מיליארדיות המטר. בתוך טווח האור הנראה, אורך הגל שמוחנו מזהה בתור הצבע הסגול הוא הקצר ביותר, ואחריו כחול, ירוק, צהוב, כתום, ובסוף אדום – הגל האלקטרומגנטי הארוך ביותר שאנו מסוגלים לראות.

האופן שבו האור יתפזר תלוי כאמור בין השאר באורך הגל ובגודל המולקולה שבה הוא פגע. מולקולות החנקן והחמצן, שהאטמוספרה שלנו מכילה בשפע, מפזרות הכי טוב אורכי גל קצרים. מאחר שאורכי הגל של האור הסגול והכחול הם הקצרים ביותר בטווח האור הנראה, הם יתפזרו באטמוספרה הרבה יותר מגלים ארוכים יותר – למשל הצבע האדום.

לכן כשאנו מביטים מעלה לשמיים בצהרי יום קיץ בהיר, השמיים נראים לנו כחולים – מולקולות באוויר, ובמיוחד חמצן וחנקן, מפזרות אור כחול לכל הכיוונים יותר מאשר אור בצבעים האחרים. לעומת זאת בימי אובך, כשלצד החנקן והחמצן האוויר מכיל גם חלקיקי אבק, פיח ומזהמים אחרים במגוון גדלים, כל אורכי הגל באור הנראה מפוזרים יחסית באופן אחיד למדי, ולכן האור נראה לבן.

שקיעה בחוף אוסטרלי, עם שמיים כחולים מצד ימין וצהובים-כתומים משמאל | ויקיפדיה, Stephen West
בשל פיזור ריילי, השמיים נראים לנו כחולים. אך בשקיעה מה שמגיע לעינינו הוא החלק של האור שלא עבר פיזור משמעותי. שקיעה בחוף אוסטרלי, עם שמיים כחולים מצד ימין וצהובים-כתומים משמאל | ויקיפדיה, Stephen West 

כשהשמש שוקעת

אך גם כשהאוויר נקי, המצב שונה בערב. כשהשמש מתקרבת לקו האופק, קרניה עוברות מסלול ארוך יותר דרך שכבות האטמוספרה בדרך אלינו. לכן האור הכחול שמתפזר בערב בשכבות הגבוהות של האטמוספרה לא מגיע לעינינו – הוא מפוזר לפני שאנו מסוגלים לראות אותו. במהלך היום, מאחר שהשמש נמצאת פחות או יותר מעלינו, אנו רואים את חלק ניכר מהקרינה באורך הגל הכחול שנכנסה לאטמוספרה והתפזרה. לעומת זאת, כשהשמש שוקעת תהליך הפיזור של האור הכחול מתרחש ברובו מתחת לקו האופק ולכן נסתר מעינינו. מה שמגיע לעינינו הוא החלק של האור הנראה שלא עבר פיזור משמעותי באטמוספרה, כלומר בעיקר אורכי הגל הגבוהים ביותר בטווח הנראה – גוני הכתום והאדום.

נותרה עוד שאלה אחת – מדוע השמיים אינם סגולים? הרי אמרנו שאור בעל אורך גל קצר יפוזר הכי טוב, ואורך הגל בתחום הצבע הסגול קצר יותר מזה של האור הכחול. ובכן, יש שיגידו שהם אכן סגולים, אבל רק נראים לנו כחולים. האור הסגול אכן מפוזר באטמוספרה יותר מהאור הכחול, אך הקולטנים בעיניים שלנו רגישים יותר לאור הכחול. ולבסוף, חלקה של הקרינה הסגולה בתוך כלל קרינת השמש הוא מצומצם יחסית, כך שהיא נבלעת בתוך האור הכחול הרב ממנה.

 

8 תגובות

  • חנן רוזן

    למה אני לא מקבל תשובה?

    שאלתי למה השמים אף פעם לא ירוקים.
    הרי המסלול של אור השמש באטמוספרה מתארך בהדרגה לקראת השקיעה, ולא בבת אחת.
    אז באיזשהו רגע אורך המסלול יתאים לאור הירוק להיות האור השולט. למה זה לא קורה?
    לצערי לא קיבלתי תשובה. האם החמצתם את שאלתי?

  • דן

    אינני מומחה, אך לדעתי זה נובע

    אינני מומחה, אך לדעתי זה נובע מהסיבה הדומה לכך שהשמיים אינם סגולים.
    כלומר, ייתען שבקרינה הנפלטת מהשמש, אור הגל המתאר את הצבע הירוק איננו דומיננטי, ולכן צבע דוממיננטי אחר תופס את מקומו

  • חנן רוזן

    דווקא האור הירוק הוא האור

    דווקא האור הירוק הוא האור החזק ביותר שנפלט מהשמש, אז זאת לא הסיבה.

  • דן

    בנוסף, ייתכן שאורך הגל הירוק

    בנוסף, ייתכן שאורך הגל הירוק נבלע על ידי החלקיקים באטמוספירה

  • חנן רוזן

    ככל שאני יודע כל תחום האור

    ככל שאני יודע כל תחום האור הנראה אינו נבלע באטמוספרה.
    הוא מפוזר, כמתואר במאמר, אבל אינו נבלע.

  • אורי

    וואו

    כתבה מרתקת!

  • חנן רוזן

    למה השמים אף פעם לא ירוקים?

    הבנתי למה בצהרים השמים שולחים אלינו בעיקר גלים קצרים (כחול), ולמה בשקיעה, כשהדרך באטמוספירה ארוכה יותר, נשארים רק הגלים הארוכים (אדום), אבל אני לא מבין למה בין הצהרים לשקיעה אין אף פעם רגע שבו הצבע השולט הוא הגלים הבינוניים (ירוק).
    למה הצבע קופץ בבת אחת מהכחול לאדום ולא עובר בהדרגה על שאר הצבעים?
    והרי הצבע הירוק הוא הצבע הכי חזק בשמש, והוא גם הצבע שהעין הכי רגישה אליו.

  • אנונימי

    https://physics.stackexchange

    https://physics.stackexchange.com/questions/137189/why-is-the-sky-never-...