در این مقاله جامع با پدیده شگفت‌انگیز «هواتاب» و «پراکندگی ریلی» آشنا شوید و راز رنگ‌های سبز، زرد و قرمز آسمان شب را کشف کنید.
وقتی در روزی صاف به بالا نگاه می‌کنیم، آسمانی آبی و درخشان می‌بینیم. اما آیا این تمام داستان است؟ آیا رنگ واقعی آسمان آبی است؟
پاسخ، ما را به سفری شگفت‌انگیز در دنیای فیزیک نور، اتم‌ها و حتی غبار به جا مانده از شهاب‌سنگ‌ها می‌برد. در این مقاله، به این پرسش اساسی پاسخ می‌دهیم و راز رنگ‌های پنهان آسمان را برملا می‌کنیم.
بیشتر بخوانید: رازهای رصد آسمان شب
پرسش اصلی بسیاری از افراد این است که چرا آسمان آبی به نظر می‌رسد. آیا رنگ مولکول‌های نیتروژن یا اکسیژن آبی است؟
پاسخ ساده است: خیر.
علت این پدیده، پراکندگی ریلی (Rayleigh scattering) نام دارد. نور خورشید که سفید به نظر می‌رسد، در واقع ترکیبی از تمام رنگ‌های رنگین‌کمان است. وقتی این نور به جو زمین برخورد می‌کند، مولکول‌های ریز هوا، نور آبی را که طول موج کوتاه‌تری دارد، بسیار بیشتر از نور قرمز در همه جهات پراکنده می‌کنند. این نور آبیِ پراکنده شده از همه جای آسمان به چشم ما می‌رسد و باعث می‌شود آسمان را آبی ببینیم.
هنگام غروب، نور خورشید باید از لایه ضخیم‌تری از جو عبور کند تا به ما برسد. در این مسیر طولانی، تقریباً تمام نور آبی پراکنده شده و از مسیر دید ما خارج می‌شود. در نتیجه، تنها رنگ‌های با طول موج بلندتر مانند قرمز و نارنجی باقی می‌مانند و آسمان را به رنگ‌های آتشین درمی‌آورند.
اگر رنگ آبی آسمان روز صرفاً حاصل پراکندگی نور خورشید است، پس رنگ خودِ جو چیست؟
برای یافتن پاسخ باید تا شب صبر کنیم.
آسمان شب، حتی در تاریک‌ترین نقاط و دور از آلودگی نوری، کاملاً سیاه نیست. خودِ جو زمین به طور طبیعی درخشش ضعیفی دارد که به آن هواتاب (Airglow) می‌گویند. این نور حاصل واکنش‌های شیمیایی در لایه‌های بالایی جو است.
برای دریافت مشاوره رایگان می‌توانید
با مؤسسه طبیعت آسمان شب با شماره ۰۲۱۲۲۲۱۵۹۰۲ به صورت رایگان در تماس باشید
رنگ‌های متمایز هواتاب زمانی ایجاد می‌شوند که اتم‌ها و مولکول‌ها، انرژی ذخیره شده خود را به شکل نور آزاد می‌کنند:
جالب است بدانید نیتروژن، با وجود فراوانی بسیار زیاد در جو، سهم چندانی در این پدیده ندارد.
شاید باورنکردنی باشد، اما منشا اصلی سدیمی که در پدیده هواتاب می‌درخشد، شهاب‌ها هستند! این ذرات ریز کیهانی با سرعت بسیار بالا در جو می‌سوزند و لایه‌ای از اتم‌های مختلف از جمله سدیم را در ارتفاع حدود ۱۰۰ کیلومتری باقی می‌گذارند.
این لایه سدیم برای ستاره‌شناسان یک هدیه آسمانی است. جو متلاطم زمین باعث تار شدن تصاویر تلسکوپ‌های زمینی می‌شود. برای حل این مشکل، دانشمندان از تکنیکی به نام «اپتیک سازگار» (adaptive optics) استفاده می‌کنند.
آنها با شلیک لیزری قدرتمند به این لایه سدیم، «ستاره راهنمای لیزری» مصنوعی ایجاد می‌کنند. تلسکوپ با تحلیل نور این ستاره مصنوعی، تلاطم جو را به صورت زنده تشخیص داده و با کمک آینه‌های تغییرشکل‌پذیر، آن را خنثی می‌کند. نتیجه، ثبت تصاویری واضح و دقیق از کیهان است که گویی از فضا گرفته شده‌اند.
بنابراین، آسمان فقط آبی نیست. رنگ آن حاصل تعاملی پیچیده بین نور خورشید، اتم‌های جو و حتی غبار کیهانی است. آسمان روز به لطف پراکندگی ریلی آبی است و آسمان شب به لطف پدیده هواتاب، ترکیبی از رنگ‌های سبز، زرد و قرمز را به نمایش می‌گذارد. این دانش نه تنها درک ما را از جهان عمیق‌تر می‌کند، بلکه به ما کمک می‌کند تا با تکنیک‌های نوآورانه، کیهان را واضح‌تر از همیشه ببینیم.
1. رنگ واقعی آسمان چیست؟
آسمان رنگ واحدی ندارد. در روز به دلیل پراکندگی نور خورشید، آبی به نظر می‌رسد. در شب، رنگ واقعی خودِ جو به شکل پدیده هواتاب (ترکیبی از سبز، زرد و قرمز) قابل مشاهده است که با چشم غیرمسلح به صورت درخششی بسیار ضعیف دیده می‌شود.
2. چرا آسمان آبی است اما فضا سیاه است؟
آسمان به دلیل وجود جو و پراکندگی نور آبی، رنگی به نظر می‌رسد. فضا چون تقریباً خالی از ماده است (خلاء)، چیزی برای پراکنده کردن نور خورشید ندارد، بنابراین سیاه دیده می‌شود.
3. پدیده هواتاب (Airglow) چیست؟
هواتاب درخشش طبیعی و دائمی جو زمین است که در اثر واکنش‌های شیمیایی بین اتم‌ها (مانند اکسیژن و سدیم) در لایه‌های بالایی جو ایجاد می‌شود و با آلودگی نوری متفاوت است.
4. چرا آسمان در طول روز آبی به نظر می‌رسد؟
به دلیل پدیده‌ای به نام پراکندگی ریلی (Rayleigh scattering). مولکول‌های ریز هوا در جو، نور آبی خورشید (که طول موج کوتاهی دارد) را بسیار بیشتر از رنگ‌های دیگر در همه جهات پراکنده می‌کنند. این نور آبی پراکنده شده از تمام آسمان به چشم ما می‌رسد و باعث می‌شود ما آن را آبی ببینیم.
5. پس چرا آسمان هنگام غروب قرمز می‌شود؟
هنگام غروب، نور خورشید باید از لایه بسیار ضخیم‌تری از جو عبور کند تا به ما برسد. در این مسیر طولانی، تقریباً تمام نور آبی پراکنده شده و از مسیر دید ما خارج می‌شود. در نتیجه، فقط رنگ‌های با طول موج بلندتر مانند قرمز و نارنجی به چشم ما می‌رسند.
6. رنگ واقعی خودِ جو زمین چیست و چرا فقط در شب دیده می‌شود؟
رنگ واقعی و ذاتی جو زمین کاملاً سیاه نیست، بلکه درخششی ضعیف و چندرنگ دارد. این پدیده که هواتاب (Airglow) نامیده می‌شود، حاصل واکنش‌های شیمیایی در لایه‌های بالایی اتمسفر است و نور آن به قدری ضعیف است که فقط در شب‌های بسیار تاریک و دور از آلودگی نوری قابل مشاهده است.
7. چه عناصری باعث ایجاد رنگ‌های سبز، زرد و قرمز در پدیده «هواتاب» می‌شوند؟
این رنگ‌ها حاصل آزاد شدن انرژی از اتم‌ها و مولکول‌های برانگیخته در جو هستند:
8. شهاب‌ها چه نقشی در رنگ آسمان شب دارند؟
شهاب‌ها منشا اصلی سدیم در لایه‌های بالایی جو هستند. با سوختن شهاب‌ها در جو، لایه‌ای از اتم‌های سدیم در ارتفاع حدود ۱۰۰ کیلومتری باقی می‌ماند. این اتم‌های سدیم هنگام برانگیخته شدن، نور زرد رنگی از خود ساطع می‌کنند که بخشی از پدیده هواتاب است.
9. منظور از «ستاره راهنمای لیزری» چیست و چگونه به تلسکوپ‌ها کمک می‌کند؟
اخترشناسان با شلیک لیزری قدرتمند به لایه سدیم ایجاد شده توسط شهاب‌سنگ‌ها، نقطه نورانی مصنوعی در آسمان ایجاد می‌کنند. تلسکوپ‌های زمینی با تحلیل نور این «ستاره مصنوعی»، تلاطم جو را اندازه‌گیری کرده و با استفاده از آینه‌های تغییرشکل‌پذیر، اثر تارکننده آن را خنثی می‌کنند. این تکنیک به آنها اجازه می‌دهد تصاویری به وضوح تلسکوپ‌های فضایی ثبت کنند.
10. آیا مولکول‌های هوا (اکسیژن و نیتروژن) ذاتاً آبی‌رنگ هستند؟
خیر. مولکول‌های هوا بی‌رنگ هستند. رنگ آبی آسمان یک پدیده نوری است و به دلیل نحوه پراکنده شدن نور خورشید توسط این مولکول‌ها ایجاد می‌شود، نه به خاطر رنگ ذاتی خود مولکول‌ها.
