Σκέδαση φωτός: Γιατί το ηλιοβασίλεμα γίνεται κόκκινο;

Η σκέδαση φωτός κρύβεται πίσω από μια γνώριμη εικόνα: τον ουρανό που αποκτά πορτοκαλί και κόκκινες αποχρώσεις καθώς ο Ήλιος χαμηλώνει. Όμως ο Ήλιος δεν αλλάζει το φως που εκπέμπει εκείνη την ώρα. Η διαφορά βρίσκεται στη μεγαλύτερη διαδρομή που κάνει το φως μέσα στην ατμόσφαιρα πριν φτάσει στα μάτια μας.

Στη διαδρομή αυτή, περισσότερο μπλε και ιώδες φως διασκορπίζεται προς άλλες κατευθύνσεις. Έτσι, στο άμεσο ηλιακό φως που βλέπουμε μένει σχετικά περισσότερο κίτρινο, πορτοκαλί και κόκκινο.

Τι είναι η σκέδαση φωτός;

Το φως του Ήλιου περιλαμβάνει διαφορετικά μήκη κύματος, τα οποία αντιστοιχούν στα χρώματα που μπορούμε να δούμε. Το ορατό φάσμα εκτείνεται περίπου από τα 400 έως τα 700 νανόμετρα, με το μπλε και το ιώδες προς την πλευρά των μικρότερων μηκών κύματος και το κόκκινο προς την πλευρά των μεγαλύτερων.

Όταν το φως συναντά μόρια ή σωματίδια στην ατμόσφαιρα, ένα μέρος του αλλάζει κατεύθυνση. Αυτή η αλλαγή ονομάζεται σκέδαση: το φως δεν συνεχίζει όλο ευθεία προς τον παρατηρητή, αλλά διαχέεται και προς άλλες κατευθύνσεις.

Τα μόρια του αέρα, κυρίως αζώτου και οξυγόνου, είναι πολύ μικρότερα από τα μήκη κύματος του ορατού φωτός. Η σκέδαση που συνδέεται με αυτά ονομάζεται σκέδαση Rayleigh και επηρεάζει πολύ εντονότερα τα μικρότερα μήκη κύματος.

Γιατί η διαδρομή ως τον ορίζοντα κάνει διαφορά;

Όταν ο Ήλιος βρίσκεται ψηλά, το φως που έρχεται προς εμάς περνά μέσα από μικρότερο στρώμα ατμόσφαιρας. Όσο πλησιάζει στον ορίζοντα, η διαδρομή του μέσα στον αέρα μεγαλώνει.

Στο μεγαλύτερο αυτό ταξίδι, η ατμόσφαιρα έχει περισσότερες ευκαιρίες να σκεδάσει το μπλε και το ιώδες φως έξω από την ευθεία πορεία προς τα μάτια μας. Το φως που συνεχίζει προς τον παρατηρητή γίνεται έτσι αναλογικά πλουσιότερο σε μεγαλύτερα μήκη κύματος.

Αυτό δεν σημαίνει ότι δημιουργείται νέο κόκκινο φως ή ότι εξαφανίζεται κάθε ίχνος μπλε. Σημαίνει ότι αλλάζει η αναλογία των χρωμάτων στο άμεσο φως που φτάνει σε εμάς. Η ίδια εξήγηση ισχύει και όταν ο Ήλιος βρίσκεται χαμηλά στην ανατολή.

Η διαφορά στην ένταση της σκέδασης είναι σημαντική. Με βάση τη σχέση που δίνει το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, φως μήκους κύματος 400 νανομέτρων σκεδάζεται περίπου εννέα φορές εντονότερα από φως στα 700 νανόμετρα. Η σύγκριση αφορά τον μηχανισμό Rayleigh, όχι την τελική φωτεινότητα που βλέπουμε.

Και γιατί ο ουρανός είναι μπλε την ημέρα;

Το μπλε του ημερήσιου ουρανού και οι θερμές αποχρώσεις της δύσης συνδέονται με την ίδια διαδικασία. Την ημέρα, φως από τον Ήλιο σκεδάζεται από τα μόρια της ατμόσφαιρας και φτάνει στα μάτια μας από διαφορετικές κατευθύνσεις του ουρανού.

Επειδή το μπλε σκεδάζεται εντονότερα από το κόκκινο, κυριαρχεί σε αυτό το διάχυτο φως. Τα μάτια μας είναι επίσης λιγότερο ευαίσθητα στο ιώδες από ό,τι στο μπλε, κάτι που βοηθά να εξηγηθεί γιατί βλέπουμε τον ουρανό μπλε και όχι μωβ.

Κοντά στον ορίζοντα, το μπλε συχνά ξεθωριάζει: το φως από εκεί περνά μέσα από περισσότερο αέρα και το μπλε σκεδάζεται ξανά προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Στη δύση, η προσοχή μας στρέφεται και στο άμεσο φως του Ήλιου, από το οποίο έχει απομακρυνθεί μεγαλύτερο μέρος των μικρών μηκών κύματος.

Γιατί χρωματίζονται και τα σύννεφα;

Ο ηλιακός δίσκος δεν είναι το μόνο μέρος της εικόνας που μπορεί να πάρει θερμή απόχρωση. Τα σύννεφα κοντά στον ορίζοντα φωτίζονται από το φως που έχει ήδη διανύσει την ατμόσφαιρα και μπορούν να φαίνονται χρυσαφιά.

Οι σταγόνες των νεφών σκεδάζουν το φως διαφορετικά από τα πολύ μικρότερα μόρια του αέρα. Έτσι, τα σύννεφα μπορούν να παίρνουν το χρώμα του φωτός που τα φωτίζει, κάνοντας τις αποχρώσεις της δύσης ορατές σε μεγαλύτερη επιφάνεια του ουρανού.

Η διάκριση έχει σημασία: άλλο είναι το χρώμα του άμεσου ηλιακού φωτός που φτάνει σε εμάς και άλλο το φως με το οποίο φωτίζεται ένα σύννεφο. Τα δύο, πάντως, ανήκουν στην ίδια εικόνα του ηλιοβασιλέματος.

Χρειάζεται σκόνη για να γίνει κόκκινη η δύση;

Όχι. Η μεγαλύτερη διαδρομή του φωτός και η σκέδασή του από τα μόρια του αέρα αρκούν για να εξηγήσουν γιατί οι θερμές αποχρώσεις γίνονται πιο εμφανείς όταν ο Ήλιος είναι χαμηλά.

Η σκόνη, ο καπνός και άλλα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν, ωστόσο, να αλλάξουν την ένταση και την απόχρωση του ουρανού. Το αποτέλεσμα εξαρτάται από την ποσότητα και το είδος τους, καθώς και από τις συνθήκες στην ατμόσφαιρα. Περισσότερη σκόνη δεν σημαίνει πάντοτε και πιο κόκκινο ηλιοβασίλεμα.

Σε καθαρότερη ατμόσφαιρα, η δύση μπορεί να φαίνεται πιο κιτρινωπή. Αλλού, η ερημική σκόνη ή αερολύματα από ηφαιστειακή έκρηξη μπορούν να συνδεθούν με έντονο κόκκινο φωτισμό.

Από το μπλε της ημέρας ως το πορτοκαλί της δύσης, ο ουρανός μάς δείχνει το ίδιο φως ύστερα από διαφορετική διαδρομή.