Lý giải câu hỏi tại sao bầu trời có màu xanh?
Vấn đề tại sao bầu trời có màu xanh gây ra khá nhiều tranh cãi bởi thiên nhiên bao la rộng lớn luôn tồn tại những thứ tưởng chừng khó có thể kiểm chứng được. Thông thường, khi ngước lên trời sẽ thấy được ánh sáng khả kiến (nhìn thấy được). Loại ánh sáng này chính là một phần của phổ điện tử mà mắt người có thể nhìn thấy.
Ánh sáng mặt trời
Trong ánh sáng mặt trời có chứa 7 gam màu khác nhau, bao gồm: Đỏ, da cam, lục, vàng, lam, chàm, tím. Mỗi màu sắc này sẽ tương ứng với 1 bước sóng có tần số và bước sóng ngắn nhất trong dải quang phổ khả kiến.
Điều này cũng đã minh chứng cho thấy tần số và năng lượng của ánh sáng tím là cao nhất bên trong dải quang phổ khả kiến. Ngược lại, ánh sáng đỏ lại có bước sóng dài nhất và tần số thấp nhất (nên mang năng lượng ít nhất), đây cũng là một phần kiến thức giúp bạn làm rõ hơn vấn đề tại sao bầu trời có màu xanh.
Ánh sáng trong không khí - Lời giải đáp cho thắc mắc tại sao bầu trời có màu xanh
Ánh sáng được di chuyển trong không gian theo dạng đường thẳng nếu không có điều gì làm cho nó bị nhiễu loạn. Khi những ánh sáng này đi vào bầu khí quyển, nó sẽ tiếp tục di chuyển theo đường thẳng cho đến khi gặp phải các hạt bụi nhỏ hay các phân tử khí cả lại. Lúc này, ánh sáng nếu xảy ra hiện tượng gì sẽ phụ thuộc vào bước sóng cùng kích thước của vật cản.
So với ánh sáng khả kiến nước và những hạt bụi trong không khí thường có kích thước lớn hơn. Vì thế, khi ánh sáng chiếu vào những phần tử hạt có kích thước lớn hơn chúng sẽ bị phản xạ lại theo các chiều hướng khác nhau (hoặc bị các vật cản hấp thu).
Khi các màu sắc khác nhau trong ánh sáng đều gặp phải tình huống bị phản xạ lại bởi các hạt theo một chiều hướng, chúng sẽ phản xạ từ các hạt cản. Lúc này, chúng vẫn là ánh sáng trắng chứa tất cả các màu ban đầu.
Không chỉ bụi và nước, trong khí quyển còn chứa các phân tử khí. Những phân tử này thường có kích thước nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được. Trường hợp ánh sáng trắng chiếu vào các phân tử khí, một phần của nó sẽ bức xạ theo chiều hướng khác với ban đầu.
Nguyên nhân chỉ có một phần bức xạ là do vài bước sóng trong ánh sáng trắng dễ bị hấp thụ hoặc khó hấp thụ hơn. Hiểu một cách đơn giản, các bước sóng ngắn ví dụ như màu xanh dương sẽ bị hấp thụ nhiều hơn các loại nước sóng dài như màu đỏ.
Quá trình này hay còn được gọi với cái tên khoa học chính là tán xạ Rayleigh. Nguyên nhân hiện tượng này được đặt tên như trên là do Lord John Rayleigh (một nhà vật lý học người Anh) đã phát hiện ra nó từ năm 1871.
Vì bước sóng của ánh sáng thường rơi vào khoảng 100 - 1000 nm so với các phân tử khí 10 nm chúng sẽ lớn hơn. Do đó, có thể áp dụng công thức tán xạ Rayleigh với hiện tượng này trong khí quyển. Hiện tượng này cũng chính là một phần giúp giải thích cho nghi vấn tại sao bầu trời có màu xanh mà bạn không nên bỏ qua.
Khi ánh sáng đi vào trong khí quyển, những bước sóng dài sẽ khó bị các phân tử khí hấp thu nên dễ đi xuyên qua. Trong đó, một ít ánh sáng đỏ, cam, vàng sẽ bị ảnh hưởng bởi không khí. Thế nhưng, lượng lớn bước sóng ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ mất. Lúc này, ánh sáng có bước sóng ngắn sẽ được tán xạ ra ngoài theo nhiều hướng khác nhau sau khi bị hấp thụ.
Từ đó, bạn sẽ thấy ánh sáng xanh được tán xạ khắp bầu trời. Đặc biệt, vào ban ngày dù nhìn lên trời từ góc độ nào thì ánh sáng xanh bị tán xạ đều sẽ hướng đến ánh mắt của bạn. Nếu nhìn một cách kỹ hơn, bạn sẽ nhận thấy khi nhìn càng gần về đường chân trời thì màu sẽ nhạt hơn. Nguyên nhân là do để đến được vị trí của bạn, ánh sáng xanh sẽ phải xuyên qua nhiều lớp không khí và một phần lại tiếp tục bị tán xạ theo các chiều hướng khác.
Vì sao bầu trời không phải màu tím trong khi đó mới là bức xạ ngắn nhất?
Khi đã biết được tại sao bầu trời có màu xanh, nhiều người lại khá thắc mắc rằng đáng lẽ nhìn thấy trời màu tím chứ (vì bước sóng màu tím và màu chàm ngắn hơn cả màu xanh)? Thật ra, do hoạt động của mắt người trong vấn đề nhìn thấy màu sắc đã khiến hiện tượng này bị biến đổi.
Mắt người tương đối nhạy cảm với ánh sáng có bước sóng nằm trong khoảng từ 380 đến 740 nm. Ở võng mạc bình thường sẽ có 10 triệu tế bào que cảm biến ánh sáng cùng với đó là 5 triệu tế bào hình nón giúp phát hiện ra màu sắc. Trong đó, mỗi tế bào nón sẽ chứa các sắc tố giúp phản ứng với từng loại bước sóng.
Hiện nay đang có 3 loại tế bào nón chính, chúng tương ứng với các loại bước sóng dài, trung bình và ngắn. Để nhìn thấy màu sắc một cách chính xác, bạn sẽ phải sử dụng cả 3 loại tế bào này.
Tuy nhiên, mỗi tế bào nón lại phản ứng với bước sóng tối đa nằm trong khoảng từ 570 nm (dài), 543 nm (trung bình), 442 nm (ngắn). Dù vậy, các tế bào nón vẫn có khả năng phản ứng với số bước sóng chồng chéo nhau trên diện rộng.
Hiểu một cách đơn giản hơn là vẫn sẽ tồn tại trường hợp 2 quang phổ khác nhau gây nên cùng 1 phản ứng trên các loại tế bào. Trường hợp 2 quang phổ cùng tạo nên 1 phản ứng trên tế bào nón hay còn được gọi là đồng phân dị vị.
Để nắm được tin tức chi tiết hơn về tại sao bầu trời có màu xanh mà không phải tím, đầu tiên bạn cần biết thật ra trên bầu trời là một hỗn hợp giữa 2 màu này. Tuy nhiên, các tế bào nón trong mắt người nhìn sẽ phản ứng khi thấy hỗn hợp trên và thấy màu xanh, trắng. Trong khi tín hiệu từ mắt truyền đến thần kinh sẽ chỉ thấy được màu xanh, nó tương tự như một thủ thuật trộn màu vậy.
Mặc dù thế, đối với một số loại động vật khi nhìn lên màu trời sẽ không phải chỉ thấy màu xanh như con người. Ngoài các loài linh trưởng và con người, những động vật khác đều có 2 loại tế bào hình nón ở bên trong võng mạc. Vì thế, những loài động vật này nhìn lên trời sẽ thấy màu tím chứ không phải xanh.
Những sự thật thú vị về bầu trời
Khi đã đặt ra nghi vấn tại sao bầu trời có màu xanh, chứng tỏ bạn khá quan tâm đến các vấn đề khoa học. Để nâng thêm tầm hiểu biết của mình, hãy cùng khám phá những sự thật thú vị về bầu trời sau đây:
Vì sao nhìn mặt trời sẽ thấy màu vàng?
Khi nhìn mặt trời vào ban ngày trên Trái Đất, bạn sẽ dễ dàng thấy được nó có màu vàng rất đặc trưng. Tuy nhiên, khi ra ngoài không gian hay lên Mặt Trăng, bạn sẽ bất ngờ bởi những gì mình thấy lại là màu trắng. Hiện tượng này được hiểu một cách đơn giản là do trong vũ trụ không có bầu khí quyển, vậy nên sẽ không xảy ra việc tán xạ Mặt Trời.
Ngược lại trên Trái Đất, một số bước sóng ngắn của hiện tượng tán xạ mặt trời (tím hoặc xanh dương) đã bị các phân tử khí hấp thụ và loại bỏ khỏi chùm ánh sáng được chiếu trực tiếp từ Mặt Trời đến mắt người nhìn. Vì vậy, những màu còn lại cùng nhau xuất hiện mà bạn thấy được sẽ là màu vàng.
Hoàng hôn vì sao lại có màu đỏ?
Cuối ngày, lúc mặt trời bắt đầu lặn ánh sáng sẽ cần có một đoạn đường dài hơn để dịch chuyển qua không khí trước khi đến với vị trí mà bạn thấy. Thời điểm này sẽ có càng nhiều ánh sáng bị tán xạ và phản xạ. Đồng thời, những ánh sáng trực tiếp từ mặt trời tiếp cận đến vị trí của bạn dần ít hơn, nên bạn sẽ thấy nó ít phát sáng.
Cũng từ đó, màu sắc của mặt trời bắt đầu có sự biến hoá từ màu vàng (lúc ban ngày) đổi thành màu cam và thậm chí là đỏ. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do lượng ánh sáng xanh vẫn bị tán xạ ở lúc ban ngày bị tán xạ nhiều lần khi phải xuyên qua lớp không khí dày để đến trực tiếp mắt người.
Không những thế, những bước sóng dài như: Cam, vàng trong chùm sáng được chiếu trực tiếp đến vị trí của bạn dần ít đi. Những bước sóng dài sẽ phải vượt qua một quãng đường dài hơn cả ban ngày để đến được vị trí của bạn. Lúc này, ánh sáng được truyền đến chỉ còn lại màu đỏ (bởi nó ít bị tán xạ hơn).
Có lẽ vì những nguyên nhân trên, nên khi nhìn thấy mặt trời vào lúc hoàng hôn bạn sẽ thấy nó càng đỏ hơn. Đặc biệt, lúc mặt trời dần biết mất sau khuất đường chân trời bạn sẽ không thấy được ánh sáng trực tiếp của Mặt Trời.
Tuy nhiên, nếu lúc này có những đám mây trên cao chúng sẽ gặp phải hiện tượng bị phản xạ lại ánh sáng đổ xuống mặt đất. Điều này tạo nên khung cảnh bầu trời màu đỏ rực cực kỳ lãng mạn lúc hoàng hôn và khiến cho thời gian này trong ngày được nhiều người săn đón để chụp ảnh hay cùng nhau thưởng thức cảnh đẹp.
Những thông tin giải đáp cho tại sao bầu trời có màu xanh đã giúp mọi người mở rộng tầm nhìn về thế giới bao la. Có thể thấy, một điều tưởng chừng là hiển nhiên cũng ẩn chứa rất nhiều vấn đề quan trọng bên trong. Bên cạnh đó, con người vẫn đang không ngừng tìm hiểu sâu hơn về các hiện tượng trong tự nhiên và lý giải hoạt động của chúng.
