Taivas suodattimena

Oletko koskaan miettinyt, miksi taivaalla ylipäätään on väri? Ei sitä, miksi se on sininen, vaan sitä, miksi se ei ole musta, niin kuin Kuun yllä.

Vastaus lähtee koon erosta. Typpi- ja happimolekyylit — ilman pääaineet — ovat mitättömän pieniä verrattuna näkyvän valon aallonpituuteen. Kun fotoni osuu tällaiseen molekyyliin, se ei vain lipu ohi. Molekyyli siroaa sen — heittää sivuun. Ja tekee sen valikoiden: lyhyet aallot, sininen ja violetti, siroavat verrattomasti herkemmin kuin pitkät. Lordi Rayleigh kuvasi tämän riippuvuuden jo vuonna tuhat kahdeksansataaseitsemänkymmentäyksi, ja kaavasta tuli armoton: sironnan voimakkuus kasvaa kääntäen verrannollisena aallonpituuden neljänteen potenssiin. Käytännössä tämä tarkoittaa, että noin neljänsadanviidenkymmenen nanometrin sininen valo siroaa noin kymmenen kertaa voimakkaammin kuin punainen.

Mutta tässä on vivahde, joka usein jää huomaamatta. Rayleigh-sironnan huippu ei osu siniseen, vaan vielä lähemmäs ultraviolettia. Miksi taivas ei sitten ole violetti? Koska ilmakehän yläkerrosten otsoni vaimentaa suuren osan tästä ultraviolettivalosta. Ja koska silmämme yksinkertaisesti aistivat violetin paljon huonommin. Aivot laskevat yhteen sen, mitä jää jäljelle — ja tuloksena on vaaleansininen.

Katso nyt mielessäsi horisonttiin — sinne, missä taivas vaalenee ja muuttuu melkein valkoiseksi. Se ei ole sattumaa. Kun katsot horisonttiin, katsot huomattavasti paksumman ilmakerroksen läpi. Jo sironneeseen siniseen sekoittuu pölyä, aerosoleja, usvaa. Spektri sekoittuu, sinisyys "laimenee" — ja sininen kupu haalistuu vähitellen. Korkealla vuoristossa, kolmen–neljän kilometrin korkeudessa, tilanne on päinvastainen: ilmaa ja pölyä on vähemmän, ja pään yllä taivas saa lähes uskomattoman tummansinisen sävyn. Vuorikiipeilijät kuvailevat sitä "liiankin siniseksi". Tähtitieteilijät hyödyntävät tätä käytännössä — vuoristo-observatorioissa päivätaivas on niin tumma, että sen avulla voi havainnoida Auringon lähellä tapahtuvia ilmiöitä, joita merenpinnan tasolla ei näe.

Entä auringonlasku. Kun Aurinko on horisontissa, sen valo kulkee ilmakehän läpi paljon pidemmän matkan kuin keskipäivällä. Spektrin sininen ja violetti osa siroaa tällä matkalla kokonaan — leviää joka suuntaan, katoaa suorasta säteestä. Silmiin saakka pääsevät lähes yksinomaan keltaiset, oranssit ja punaiset aallot. Pöly ja tulivuorituhka vahvistavat ilmiötä entisestään — vähentävät sinisen rippeetkin. Pinatubo-tulivuoren purkauksen jälkeen vuonna tuhat yhdeksänsataayhdeksänkymmentäyksi eri puolilla maailmaa nähtiin useiden kuukausien ajan poikkeuksellisen voimakkaita, melkein veripunaisia auringonlaskuja.

Pilvet ovat valkoisia eri syystä. Siinä ei enää ole kyse Rayleigh-sironnasta: pilvessä vesipisaroiden ja jääkiteiden koko on kymmeniä mikrometrejä, samaa luokkaa kuin valon aallonpituus. Silloin toimii toinen mekanismi — Mie-sironta. Jokainen pisara siroaa lähes yhtä voimakkaasti kaikilla näkyvän valon aallonpituuksilla. Kun valo heijastuu pilven sisällä moneen kertaan, kaikki värit sekoittuvat — ja tuloksena on valkoinen. Kun pilvi paksunee liikaa, osa valosta imeytyy, ja pilvi tummuu, saa lyijynharmaan sävyn — ei siksi että siihen "kertyisi vettä", vaan koska se lakkaa olemasta läpinäkyvä sirottaja.

Ja lopuksi — se, mikä minua itseäni yllätti, kun törmäsin tähän ensimmäistä kertaa. Sama mekanismi, joka värjää taivaan siniseksi, värjää siniset silmät. Vaaleasilmäisten ihmisten värikalvossa ei juuri ole sinistä pigmenttiä. Puoliläpinäkyvä strooma siroaa lyhyet aallot ja päästää pitkät syvemmälle, tummiin kerroksiin asti. Näemme heijastuneen "rayleigh-sinisen". Käytännössä pieni oma taivas, sisäänrakennettuna biologiaan.

Taivaan väri ei ole avaruuden ominaisuus. Se on sivutuote planeettaa ympäröivästä ohuesta kaasukerroksesta. Poista ilmakehä — ja Aurinko jää kirkkaaksi kiekoksi täysin mustaa taustaa vasten, aivan kuten Kuun pinnalla nykyään.

Kysy minulta joskus siitä, miten ilmastotieteilijät nykyään lukevat ilman koostumusta suoraan taivaan sävystä — mittaamalla sirontaa eri aallonpituuksilla kiertoradalta käsin. Siinä piilee tarina siitä, miten "sinisestä kuvusta" tuli ilmastonmuutoksen seurantaväline — ja mitä se on jo ehtinyt kertoa meille.

Tämä tarina syntyi yhdestä kysymyksestä. Kysy omasi osoitteessa мой-гид точка онлайн.