لماذا نرى لون السماء أزرق

عند مشاهدة السماء في النهار وحينما يكون الجو صافياً فإننا نراها بلونها الأزرق، وعلى مدى طويل من السنوات كان الاعتقاد بأن سبب زرقة لون السماء ينتج من الانتشار (انحراف) الضوء المار إليها، وهذا الانتشار يحدث نتيجةً لوجود جزيئات الغبار التي تكون معلقةً في الجو، وفي بعض الاعتقادات التي فرضت أنّ الجو خالٍ من الغبار وأنه شديد النقاء، فإن فرضية انتشار الضوء لم تكن فعالةً وصحيحة، فالجو لا ينشر الضوء.

وفي العام 1899 ميلادي وجد العالم ريليغ الشّرح الحقيقي والصحيح الذي يوضح بأساس علمي سبب انتشار الضوء، وهذا السبب ناتج عن جزيئات الهواء نفسها الموجودة في الغلاف الجويّ، وإن الجو يتأثر عند مرور ضوء الشمس فيه، ويُضاء بضوء أبيض إلى أن يلاقي أحد جزيئات الهواء (النيتروجين والأكسجين) فحينها يتحلل هذا الضوء لألوان مختلفة، ومن ثم يقوم جزيء الهواء المكون من ذرات النيتروجين والأكسجين بامتصاص الإشعاع (أو ما يعرف باللون) وبعدها يعكسه في كل الاتجاهات، وعند حدوث ذلك تتوقف شدة الضوء ويختلف طوله الموجي (المسبب للون)، بالتالي يظهر لنا لون مختلف عندما تختلف زوايا المشاهدة، فالوقوف بزاوية 90 درجة تمنحنا لوناً مختلفاً غير اللون الذي نشاهدة عن الرؤية من زاوية 120 درجة مثلاً، لذلك نشاهد الشمس بلونها الأحمر عندما نوجد في محور الإضاءة، ونشاهد اللون الأزرق عندما نوجد في المحور العمودي على محور الإضاءة، وبعد أن يصطدم الضوء الصادر مع الجزيئات الموجودة في الهواء (الأكسجن والنيتروجين) وتستمر هذه الظاهرة بالتكرار، فإن الضوء الصادر يتجه نحو الإضاءة ويكون غنياً باللون الأحمر، وبعكسه فإن اللون الصادر عن الجانب يكون أغنى باللون الأزرق، وبهذا يتم تفسير مشاهدتنا للون السماء الأزرق.

أما في حالة كوننا نعيش في كوكب لا يحتوي على الغلاف الجوي، فلن يحدث أي انحراف لأشعة الشمس، وبالتالي ستكون الشمس ذات لون أسود عند مشاهدتها، وستبدو النجوم والقمر هي فقط الأجسام المضيئة في السماء.

عندما ننظر لغروب الشمس نكون في اتجاه محور الإضاءة نفسه، بالتالي بحسب ما ذكر سابقاً فإن الضوء الصادر يكون غنياً باللون الأحمر وفقيراً جداً باللون الأزرق، فينتج عن ذلك مشاهدتنا للشمس بدرجة احمرار أكثر من حقيقتها، كما أن سماكة الغلاف الجوي المحيط بالأرض في فترة الصباح يكون صغيراً، وحين غروب الشمس تزداد هذه السماكة فيبدو التأثير واضحاً باختلاف سماكة الغلاف الجوي، فتبدو لنا أن الشمس ذات لون أحمر والجو أيضاً يبدو باللون نفسه.

لون السّماء عند الغروب

تظهر السّماء بعدة ألوانٍ عند غروب الشّمس، ويعود ذلك إلى طول المسافة التي يترتّب على ضوء الشّمس أن يقطعها عبر الغلاف الجويّ، لذلك يتلاشى معظم اللون الأزرق نتيجةً لتضاعف نسبة تشتّته، مما يسمح برؤية الألوان الأخرى مثل الأصفر إذا كان الهواء صافياََ، والأحمر إذا احتوى الهواء على بعض الجسيمات نتيجة التّلوث أو غيره، والبرتقالي -فوق البحر- بسبب وجود جزيئات الملح في الهواء.[٣]
سبب عدم ظهور السّماء بلون بنفسجي

ذكرنا سابقاََ أنّ السّماء تظهر بلون أزرق؛ لأن اللّون الأزرق من الألوان ذات الأطوال الموجيّة القصيرة، لذلك فهي أكثر تشتّتاََ من الألوان الأخرى، والسّؤال الذي يطرح نفسه لماذا لا تظهر السّماء بلونِِ بنفسجيّ، بالرّغم من أنّ اللّون البنفسجي له أقصر طول موجي، ويُفترض أنّه اللون الأكثر تشتّتاََ؟ يمكن تفسير ذلك بأنّ أعيننا تكون أقل حساسيةً للضوء البنفسجيّ منها للضوء الأزرق، ولأنّ بعض الضّوء البنفسجي يتمّ امتصاصه في طبقات الغلاف الجويّ العليا، لذلك تكون نسبة اللّون البنفسجي في ضوء الشّمس قليلة.[٣]
سبب ظهور السّماء بلون داكن في اللّيل

ربما يبدو السّؤال عن سبب ظهور السّماء بلونٍ داكنٍ في الليل سخيفاً للوهلة الأولى، إلا أنّ هذا السّؤال شكّل معضلةً حيرّت العلماء طويلاََ، فكوكب الأرض مُحاطٌ بالنجوم والمجرات التي يمكن أن تُحيل ظلمة السّماء إلى ضياء ساطع، فلماذا إذاً تكون السّماء مظلمة ليلاََ؟ قام الفلكي الألماني هاينريش فيلهلم أولبرز (Heinrich Wilhelm Olbers) في عام 1823م بصياغة هذا السّؤال بما يُعرف بمفارقة أولبرز (بالإنجليزيّة: Olbers’ paradox)، ويُقصد بالمفارقة هُنا أنّ ظُلمة السّماء تتعارض مع الافتراض بوجود كونٍ ثابتٍ لانهائيٍّ تتوزع فيه النّجوم والمجرات، حاول الكثير من العلماء تفسير مفارقة أولبرز على مر السّنين، ومن الفرضيات التي وُضعت لتفسير هذه الظّاهرة ما يأتي:[٤]

الفرضيّة الأولى: أنّ ذرات الغبار قد تعيق مرور الضّوء القادم من الأجسام البعيدة، إلا أنّ الحقيقة أن الضّوء الذي يسقط على الغبار يعمل على تسخينه، ممّا يجعله يتوهّج ويُضيء تماماً كالمصدر الأصلي للضوء.
الفرضيّة الثانيّة: أنّ الكون يتمدّد ويتسع، ممّا يعني ابتعاد النّجوم والمجرات عن الأرض، وزيادة طول الموجة الكهرومغناطيسيّة القادمة إلينا منها، وقد تم الاستدلال على ذلك من تحول أضواء النّجوم البعيدة إلى اللّون الأحمر فيما يُعرف بـظاهرة الإزاحة الحمراء (بالإنجليزيّة: Red shift)، نتيجة تحوّل الضّوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء غير المرئيّة، وفي حال كان هذا التفسير صحيحاََ، فإنّ الضّوء فوق البنفسجيّ ذو الطول الموجي الأقصر، سوف يتحوّل أيضا إلى النّطاق المرئي وهذا لا يحدث في الحقيقة.
الفرضيّة الثّالثة: وهي الفرضية التي قد تفسر ظلمة السّماء في اللّيل، وهي تتعلّق بسرعة الضّوء، وعمر النجوم، يسير الضّوء بسرعة 300,000 كيلو مترٍ في الثّانية، وهي سرعة كبيرة جداََ، إلا أنها محدودة أيضاََ، ويعني ذلك أننا نستطيع رؤية الأجسام فقط عندما يصلنا الضّوء الذي يصدر عنها، ويتفق علماء الفلك أنّ أقصى مسافة نستطيع استقبال الضّوء منها تقع بين 10 – 15 مليار سنة ضوئيّة؛ لذا فلا يوجد وقتٌ كافِِ لرؤية ضوء المجرّات البعيدة، أما المجرات القريبة فعندما يصلنا ضوءها سيكون قد مر الكثير من الوقت وستصبح ميّتة ومظلمة، مما يعني أنّ الظّروف اللازمة لتكون السّماء مشرقة ومضيئة ليلاََ لن تكون موجودة في أي وقت من الأوقات.