Kljub znanstvenemu napredku in prostemu dostopu do številnih virov informacij le redkokdo zna pravilno odgovoriti na vprašanje, zakaj je nebo modro.
Zakaj je podnevi nebo modro ali modro?
Bela svetloba, ki jo oddaja Sonce, je sestavljena iz sedmih delov barvnega spektra: rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre, indigo in vijolične. Mala rima, znana iz šole - "Vsak lovec želi vedeti, kje sedi fazan" - natančno določa barve tega spektra z začetnimi črkami vsake besede. Vsaka barva ima svojo valovno dolžino svetlobe: rdeča je najdaljša, vijolična pa najkrajša.
Nam znano nebo (atmosfera) je sestavljeno iz trdnih mikrodelcev, drobnih kapljic vode in molekul plina. Dolgo časa obstaja več napačnih predpostavk, ki poskušajo razložiti, zakaj je nebo modro:
- atmosfera, sestavljena iz drobnih delcev vode in molekul različnih plinov, dobro prepušča žarke modrega spektra in ne prepušča Zemlje žarkom rdečega spektra;
- Majhni trdni delci - kot je prah - lebdeči v zraku, najmanj razpršijo modre in vijolične valovne dolžine in zaradi tega uspejo doseči zemeljsko površje, za razliko od drugih barv spektra.
Te hipoteze so podprli številni znani znanstveniki, raziskava angleškega fizika Johna Rayleigha pa je pokazala, da trdni delci niso glavni vzrok za sipanje svetlobe. Molekule plinov v atmosferi so tiste, ki ločijo svetlobo na barvne komponente. Beli sončni žarek, ki trči z delcem plina na nebu, se razprši (razprši) v različnih smereh.
Ko trči z molekulo plina, se vsaka od sedmih barvnih komponent bele svetlobe razprši. Hkrati se svetloba z daljšimi valovi (rdeča komponenta spektra, ki vključuje tudi oranžno in rumeno) slabše sipa kot svetloba s kratkimi valovi (modra komponenta spektra). Zaradi tega po razprševanju ostane v zraku osemkrat več modrih barv spektra kot rdečih.
Čeprav ima vijolična najkrajšo valovno dolžino, je nebo še vedno modro zaradi mešanice vijoličnih in zelenih valov. Poleg tega naše oči bolje zaznavajo modro barvo kot vijolično, glede na enako svetlost obeh. Prav ta dejstva določajo barvno shemo neba: ozračje je dobesedno napolnjeno z žarki modro-modre barve.
Zakaj je potem sončni zahod rdeč?
Vendar pa nebo ni vedno modro. Seveda se postavlja vprašanje: če ves dan vidimo modro nebo, zakaj je sončni zahod rdeč? Zgoraj smo ugotovili, da rdečo barvo najmanj razpršijo molekule plina. Med sončnim zahodom se Sonce približa obzorju in sončni žarek ni usmerjen proti Zemljini površini ne navpično, kot podnevi, ampak pod kotom.
Zato je pot, ki jo prehodi skozi ozračje, veliko daljša od tiste, ki jo prehodi podnevi, ko je Sonce visoko. Zaradi tega se modro-modri spekter absorbira v debeli plasti atmosfere in ne doseže Zemlje. In daljši svetlobni valovi rdeče-rumenega spektra dosežejo površje Zemlje ter obarvajo nebo in oblake v rdeče in rumene barve, značilne za sončni zahod.
Zakaj so oblaki beli?
Dotaknimo se teme oblakov. Zakaj so na modrem nebu beli oblaki? Najprej se spomnimo, kako nastanejo. Vlažen zrak, ki vsebuje nevidno paro, segret na površini zemlje, se dviga in širi zaradi dejstva, da je zračni tlak na vrhu manjši. Ko se zrak širi, se ohlaja. Ko vodna para doseže določeno temperaturo, se kondenzira okoli atmosferskega prahu in drugih suspendiranih trdnih snovi, kar povzroči drobne kapljice vode, ki se združijo in tvorijo oblak.
Kljub razmeroma majhni velikosti so delci vode veliko večji od molekul plina. In če se ob srečanju z molekulami zraka sončni žarki razpršijo, potem se ob srečanju z vodnimi kapljicami svetloba odbija od njih. V tem primeru prvotno bel sončni žarek ne spremeni svoje barve in hkrati "obarva" molekule oblakov v belo.
Svet okoli nas je poln neverjetnih čudes, a nanje pogosto nismo pozorni. Ko občudujemo jasno modrino spomladanskega neba ali svetle barve sončnega zahoda, sploh ne pomislimo, zakaj nebo spreminja barvo, ko se spreminja čas dneva.
Na lep sončen dan smo navajeni svetlo modre barve in tega, da jeseni nebo postane megleno sivo in izgubi svetle barve. Toda če vprašate sodobnega človeka, zakaj se to zgodi, velika večina nas, ko smo enkrat oboroženi s šolskim znanjem fizike, verjetno ne bo mogla odgovoriti na to preprosto vprašanje. Medtem pa v razlagi ni nič zapletenega.
Kaj je barva?
Iz šolskega tečaja fizike bi morali vedeti, da so razlike v barvnem zaznavanju predmetov odvisne od valovne dolžine svetlobe. Naše oko lahko razlikuje le dokaj ozko območje sevanja valov, pri čemer so najkrajši valovi modri, najdaljši pa rdeči. Med tema dvema primarnima barvama leži naša celotna paleta zaznavanja barv, izražena z valovnim sevanjem v različnih območjih.
Beli sončni žarek je pravzaprav sestavljen iz valov vseh barvnih razponov, kar je enostavno videti, če ga spustimo skozi stekleno prizmo – verjetno se spomnite te šolske izkušnje. Da bi si zapomnili zaporedje sprememb valovnih dolžin, tj. zaporedje barv spektra dnevne svetlobe je nastala smešna besedna zveza o lovcu, ki se je je vsak od nas naučil v šoli: Vsak lovec želi vedeti itd. 
Ker so valovi rdeče svetlobe najdaljši, so pri prehodu manj dovzetni za sipanje. Zato, ko je potrebno vizualno poudariti predmet, uporabljajo pretežno rdečo barvo, ki je jasno vidna od daleč v vsakem vremenu.
Zato je prepovedni semafor ali katera koli druga opozorilna luč rdeča, ne zelena ali modra.
Zakaj nebo ob sončnem zahodu postane rdeče?
V večernih urah pred sončnim zahodom padajo sončni žarki na površje zemlje pod kotom in ne neposredno. Premagati morajo veliko debelejšo plast ozračja kot podnevi, ko je površje zemlje osvetljeno z neposrednimi sončnimi žarki.
V tem času atmosfera deluje kot barvni filter, ki razprši žarke iz skoraj celotnega vidnega območja, razen rdečih - najdaljših in zato najbolj odpornih na motnje. Vsi drugi svetlobni valovi se razpršijo ali absorbirajo delci vodne pare in prahu, ki so prisotni v ozračju.
Nižje kot pade Sonce glede na obzorje, debelejši sloj atmosfere morajo premagati svetlobni žarki. Zato se njihova barva vse bolj pomika proti rdečemu delu spektra. S tem pojavom je povezano ljudsko vraževerje, ki pravi, da rdeč sončni zahod napoveduje močan veter naslednji dan. 
Veter nastane v visokih plasteh ozračja in na veliki razdalji od opazovalca. Poševni sončni žarki poudarjajo nastajajoče območje atmosferskega sevanja, v katerem je veliko več prahu in hlapov kot v mirnem ozračju. Zato pred vetrovnim dnevom vidimo še posebej rdeč, svetel sončni zahod.
Zakaj je podnevi nebo modro?
Razlike v svetlobnih valovnih dolžinah pojasnjujejo tudi jasno modrino dnevnega neba. Ko sončni žarki padejo neposredno na zemeljsko površje, ima plast atmosfere, ki jo premagajo, najmanjšo debelino.
Sipanje svetlobnih valov se pojavi, ko trčijo z molekulami plinov, ki sestavljajo zrak, in v tej situaciji se svetlobno območje kratke valovne dolžine izkaže za najbolj stabilno, tj. modri in vijolični svetlobni valovi. Na lep dan brez vetra dobi nebo neverjetno globino in modrino. Toda zakaj potem na nebu vidimo modro in ne vijolično?
Dejstvo je, da celice v človeškem očesu, ki so odgovorne za zaznavanje barv, zaznavajo modro veliko bolje kot vijolično. Kljub temu je vijolična preblizu meje zaznavnega območja.
Zato vidimo nebo svetlo modro, če v atmosferi ni nobenih sipajočih komponent razen molekul zraka. Ko se v ozračju pojavi dovolj velika količina prahu - na primer v vročem poletju v mestu - se zdi, da nebo zbledi in izgubi svojo svetlo modro barvo.
Sivo nebo slabega vremena
Zdaj je jasno, zakaj jesensko slabo vreme in zimska brozga naredita nebo brezupno sivo. Velika količina vodne pare v atmosferi vodi do sipanja vseh komponent bele svetlobe brez izjeme. Svetlobni žarki se zdrobijo v drobne kapljice in vodne molekule, izgubijo svojo smer in se mešajo v celotnem območju spektra. 
Zato svetlobni žarki dosežejo površino, kot bi šli skozi velikanski razpršeni senčnik. Ta pojav zaznavamo kot sivkasto belo barvo neba. Takoj, ko se vlaga odstrani iz ozračja, postane nebo spet svetlo modro.
Ena od značilnosti človeka je radovednost. Verjetno je vsak kot otrok pogledal v nebo in se spraševal: "zakaj je nebo modro?" Izkazalo se je, da odgovori na tako na videz preprosta vprašanja zahtevajo nekaj znanja s področja fizike, zato ne bo vsak starš svojemu otroku pravilno razložil vzroka za ta pojav.
Razmislimo o tem vprašanju z znanstvenega vidika.
Območje valovnih dolžin elektromagnetnega sevanja pokriva skoraj celoten spekter elektromagnetnega sevanja, kamor sodi tudi človeku vidno sevanje. Spodnja slika prikazuje odvisnost jakosti sončnega sevanja od valovne dolžine tega sevanja.
Ob analizi te slike lahko opazimo dejstvo, da je tudi vidno sevanje predstavljeno z neenakomerno intenzivnostjo za sevanje različnih valovnih dolžin. Tako ima vijolična barva relativno majhen prispevek k vidnemu sevanju, največji pa imata modra in zelena barva.
Zakaj je nebo modro?
Najprej to vprašanje sproži dejstvo, da je zrak brezbarven plin in ne bi smel oddajati modre svetlobe. Očitno je vzrok takšnega sevanja naša zvezda.
Kot veste, je bela svetloba pravzaprav kombinacija sevanja vseh barv vidnega spektra. S pomočjo prizme je mogoče svetlobo jasno ločiti na celotno paleto barv. Podoben učinek se pojavi na nebu po dežju in tvori mavrico. Ko sončna svetloba vstopi v zemeljsko atmosfero, se začne razpršiti, tj. sevanje spremeni svojo smer. Posebnost sestave zraka pa je takšna, da se ob vstopu svetlobe vanj sevanje s kratko valovno dolžino razprši močneje kot dolgovalovno sevanje. Tako lahko ob upoštevanju predhodno prikazanega spektra vidite, da rdeča in oranžna svetloba pri prehodu skozi zrak praktično ne bosta spremenili svoje poti, medtem ko bo vijolično in modro sevanje opazno spremenilo svojo smer. Zaradi tega se v zraku pojavi določena »tavajoča« kratkovalovna svetloba, ki se v tem okolju nenehno sipa. Kot posledica opisanega pojava se zdi, da se kratkovalovno sevanje v vidnem spektru (vijolično, cian, indigo) oddaja iz vsake točke na nebu.
Splošno znano dejstvo zaznavanja sevanja je, da lahko človeško oko ujame, vidi sevanje le, če pride neposredno v oko. Takrat boste ob pogledu v nebo najverjetneje videli odtenke tistega vidnega sevanja, katerega valovna dolžina je najkrajša, saj se prav to najbolje razprši v zraku.
Zakaj ne vidite jasno rdeče barve, ko gledate v Sonce? Prvič, malo verjetno je, da bo oseba lahko natančno pregledala Sonce, saj lahko intenzivno sevanje poškoduje vidni organ. Drugič, kljub obstoju takšnega pojava, kot je sipanje svetlobe v zraku, večina svetlobe, ki jo oddaja Sonce, doseže površino Zemlje, ne da bi se razpršila. Zato se vse barve vidnega spektra sevanja združijo in tvorijo svetlobo z izrazitejšo belo barvo.
Vrnimo se k svetlobi, sipani v zraku, katere barva naj bi imela, kot smo že ugotovili, najkrajšo valovno dolžino. Od vidnega sevanja ima vijolična najkrajšo valovno dolžino, sledi ji modra, modra pa ima nekoliko daljšo valovno dolžino. Ob upoštevanju neenakomerne intenzivnosti sončnega sevanja postane jasno, da je prispevek vijolične barve zanemarljiv. Zato največji prispevek k sevanju, razpršenemu v zraku, prihaja iz modre barve, sledi ji modra.
Zakaj je sončni zahod rdeč?
V primeru, ko se Sonce skrije za obzorje, lahko opazimo enako dolgovalovno sevanje rdeče-oranžne barve. V tem primeru mora sončna svetloba prepotovati opazno večjo razdaljo v zemeljski atmosferi, preden doseže opazovalčevo oko. Na mestu, kjer začne sončno sevanje delovati z atmosfero, sta barvi modra in modra najbolj izraziti. Z razdaljo pa kratkovalovno sevanje izgublja na intenzivnosti, saj se na poti močno razprši. Medtem ko dolgovalovno sevanje odlično pokriva tako velike razdalje. Zato je Sonce ob zahodu rdeče.
Kot smo že omenili, čeprav je dolgovalovno sevanje šibko razpršeno v zraku, sipanje še vedno poteka. Zato Sonce, ko je na obzorju, oddaja svetlobo, od katere do opazovalca doseže le sevanje rdeče-oranžnih odtenkov, ki ima nekaj časa, da se razprši v ozračju in tvori prej omenjeno "tavajočo" svetlobo. Slednja obarva nebo v pestre odtenke rdeče in oranžne.
Zakaj so oblaki beli?
Ko govorimo o oblakih, vemo, da so sestavljeni iz mikroskopskih kapljic tekočine, ki skoraj enakomerno razpršijo vidno svetlobo, ne glede na valovno dolžino sevanja. Nato se razpršena svetloba, usmerjena v vse smeri od kapljice, ponovno razprši na druge kapljice. V tem primeru se ohrani kombinacija sevanja vseh valovnih dolžin, oblaki pa »svetijo« (odsevajo) v beli barvi.
Če je vreme oblačno, doseže Zemljino površino malo sončnega sevanja. V primeru velikih oblakov ali njihovega velikega števila se del sončne svetlobe absorbira, zaradi česar se nebo zatemni in dobi sivo barvo.
Čez dan je nebo brez oblačka običajne modre barve. Ponoči postane črna. Toda med sončnim zahodom se vedno obarva svetlo rdeče. Zakaj se to dogaja, zakaj se škrlatni odtenek širi po nebu? Morda si je marsikdo že večkrat zastavil to vprašanje, zato je smiselno nanj podati izčrpen odgovor.
Sončni zahod je obarvan z žarki zahajajočega sonca, to je mnogim razumljivo. Toda zakaj je rdeča in ne oranžna ali druga barva?
Značilnosti barvnega spektra
Preden doseže površje zemlje, kjer jo ljudje lahko opazujejo, mora sončna svetloba preiti celoten zračni ovoj planeta. Svetloba ima širok spekter, v katerem še vedno izstopajo primarne barve in odtenki mavrice. V tem spektru ima rdeča najdaljšo valovno dolžino svetlobe, vijolična pa najkrajšo. Ob sončnem zahodu se sončni disk hitro obarva rdeče in se približa obzorju.
V tem primeru mora svetloba premagati vedno večjo debelino zraka in nekaj valov se izgubi. Najprej izgine vijolična, nato modra, cian. Najdaljši valovi rdeče barve še naprej prodirajo na površino Zemlje do zadnjega trenutka, zato ima sončni disk in halo okoli njega rdečkaste odtenke do zadnjih trenutkov.
Sorodni materiali:
Kako nastanejo oblaki?
Zakaj je podnevi nebo modro?
Dolgi svetlobni valovi lahko prodrejo globoko v ozračje, ker jih skoraj ne absorbirajo in ne razpršijo aerosoli in suspenzije, ki nenehno krožijo v ozračju planeta. Ko je zvezda bližje zenitu, nastane drugačna situacija, ki zagotavlja modrino neba. Modra ima krajše valovne dolžine kot rdeča in se bolj absorbira. Toda njegova sposobnost razprševanja je 4-krat višja v primerjavi z rdečo.
Ko je sonce v zenitu ali blizu njega, je nebo vedno modro. To je posledica dejstva, da je plast zraka med planetom in zvezdo v tem trenutku majhna in modri, modri valovi prosto prehajajo. Imajo veliko sposobnost difuzije, zato uspešno zadušijo druge barve in odtenke. Zato ta barva prevladuje na nebu skoraj ves dan.
Dolga tisočletja je dnevna svetloba človeku zvesto služila kot vir toplote in svetlobe. Brez njegovih nežnih žarkov vse življenje na zemlji ne more obstajati. Pa vendar se včasih ta skrbni oče spremeni v zlobnega očima, zaradi česar se vodna telesa izsušijo in posevki pogorijo, ljudi in živali pa obsodi na lakoto.
Zato je sonce v mnogih kulturah služilo kot predmet pobožnega čaščenja in hkrati previdnega odnosa. Vsako spremembo, ki se pojavi v videzu te svetilke, so ljudje vedno dojemali kot znak bližajočih se sprememb: dobrih ali slabih. Strašljiv sončni mrk so povezovali s koncem sveta, sonce, ki se pojavi med dežjem, pa je napovedovalo utopitev nekoga.
Nenavadno rdeče svetilo ima tudi več pomenov. Najbolj črna napoved je, da če sončni disk med sušo ostane te barve dlje časa, se obeta veliko prelivanje krvi. Vendar vsa druga znamenja, povezana z živo rdečim odtenkom dnevne svetlobe, še zdaleč niso tako strašljiva in opozarjajo predvsem na spremembo vremena.
Škrlatno ob sončnem zahodu
Ob zori je vredno biti pozoren ne le na barvo sončnega diska, temveč tudi na spremljajoče okoliščine.
- Če rdeče sonce preseže obzorje brez oblakov, potem naslednji dan obljublja, da bo dobro. Toda svetilka, ki se spušča v oblake, napoveduje slabo vreme: pozimi - snežna nevihta, poleti pa dež.
- Nastop slabega vremena naznanja tudi barva neba ob sončnem zahodu. Če ji sonce da škrlatno barvo, še preden se skrije za obzorje, potem lahko že v nekaj urah pričakujemo neprijetne spremembe vremena. Je nebo postalo rdeče, potem ko je disk izginil z neba? Deževje se bo vrnilo šele čez nekaj dni.
- Ali opazimo škrlatni sončni zahod, ko vetrovi »prilezejo« k tlom? Pripravite se na dolgotrajno vetrovno vreme in celo pravo nevihto.
- Če rdeči žarki sončnega zahoda prebijejo oblake v slabem vremenu, potem ne smete upati na takojšnje izboljšanje. Vendar pa znak "deluje" le, če se ta pojav opazi na severu in jugu. Enako škrlatna osvetlitev oblakov na vzhodu in zahodu obljublja konec slabega vremena.
- Poleti smo opazili, da sonce meče rdeče odseve le na severno stran neba. Znaki opozarjajo, da je zjutraj zelo verjeten mraz.
Škrlatna zarja
- Najpogosteje rdeča barva naraščajoče dnevne svetlobe kaže na aktivno gibanje zračnih mas. Zato ta pojav zelo verjetno napoveduje močne vetrove.
- Drug znak opozarja, da če je zora poleti rdeča, potem je treba pričakovati dež, pozimi pa isti pojav obljublja hude zmrzali.
- Če sonce ob sončnem vzhodu celotno nebo obarva škrlatno, bo čez nekaj dni prišlo slabo vreme. Opazili smo, da so rdečemu odtenku dodali še druge – kmalu se pripravite na slabo vreme.
- V oblačnem vremenu škrlatni žarki vzhajajoče dnevne svetlobe, ki se prebijajo skozi oblake, napovedujejo, da slabega vremena ne bo kmalu konec, bo pa čez dan zagotovo deževalo (poleti) ali snežilo (pozimi).