Tại sao ta thấy các núi ở xa có màu xanh lam?.

Tại sao ta thấy các núi ở xa có màu xanh lam?. Được rừng bao phủ, lẻ ra chúng phải có màu lục chứ I TẠI SAO BẦU TRỜI CÓ MÀU XANH ?. Câu hỏi bề ngoài có vẻ ngây thơ này, loại câu hỏi mà con trẻ thường đặt ra cho bố mẹ chúng và làm cho họ bực mình vì không biết trả lời như thế nào, lại là một câu hỏi phát lộ chân lí.

Ánh sáng tác giả nhiều cảnh tượng tự nhiên vơ đẹp đẽ thơng qua trò chơi với phân tử khơng khí tinh thể băng, nảy bề mặt hạt bụi, cối núi non; phản xạ mặt nước biển ao hồ hay len lỏi đám mây sương mù Một cảnh tượng tuyệt diệu tự nhiên, ngắn ngủi nhất, cầu vồng xuất giọt nước mưa cuối giơng Một vòng cung có kích thước khổng lồ, màu sắc hài hòa Các đặc tính làm nên vinh quang cầu vòng khơng có kích thước đầy ấn tượng vẻ đẹp lộng lẫy, mà xuất hiện, lại sinh biến đột ngột Sau trận mưa rào, Mặt Trời xuất trở lại, bạn quay đầu thật nhanh phía đối diện với Mặt Trời cầu vòng xuất theo hướng Mặt trời nước mưa phải tồn song song bầu trời cầu vòng xuất Trong giơng mùa hè, cầu vòng dễ xuất hơn, bầu trời xanh mặt trời chiếu sáng ló qua đám mây, vào mùa đông, trời thường tối bị mây mù bao phủ Nhưng khơng phải lúc có Mặt Trời mưa cầu vồng xuất hiện, nhân tố khác xen vào Độ dày cầu vồng lớn kích thước góc Mặt Trăng tròn khoảng lần, tức khồng độ Các đầu mút tạo thành với vị trí bạn đứng quan sát góc gần 90 Vòng cung ln ln tròn cách hồn hảo, ngắm từ chân trời, qua cửa sổ máy bay chẳng hạn, khơng thấy vòng tròn trọn vẹn, phần ln bị che khuất chân trời Bán kính góc cung ln 420, khơng thay đổi Hãy tưởng tượng nối tâm vòng cung cầu vòng (được gọi điểm đối nhật) với mắt bạn Mặt Trời đường thằng, đường thẳng xuyên qua mặt đất, tâm cung cầu vồng thường nằm đường chân trời Điều có nghĩa vào cuối ngày, thẳng hàng Mặt Trời - mắt - tâm, nên Mặt Trời xuống phía chân trời cung tâm lên gần đường chân trời, cầu vồng có hình bán nguyệt vào lúc Mặt Trời lặn xuống đường chân trời Trái lại, điều có nghĩa Mặt Trời lên 42 đường chân trời, cầu vòng biến hồn tồn đường chân trời ta khơng nhìn thấy Như khả quan sát cầu vòng phụ thuộc vào độ cao Mặt Trời bầu trời, phụ thuộc vào thời điểm ngày Bạn có nhiều hội ngắm cầu vòng vào đầu buổi sáng cuối buổi chiều: Mặt Trời thời điểm nằm thấp bầu trời, điểm đối nhật nằm sát chân trời nửa vòng cung nằm hồn tồn bên chân trời Vị trí Mặt Trời bầu trời phụ thuộc vào vĩ độ nơi quan sát, vào mùa Ở định ngày, Mặt Trời vào mùa đông thấp vào mùa hè Ở vĩ độ cao, vào mùa hè, Mặt Trời lên cao bầu trời so với vùng vĩ độ thấp; điều ngược lại xảy vào mùa đơng Chính thế, vĩ độ chúng ta, khơng nhìn cầu vồng vào ngày mùa hè, Mặt Trời lên cao bầu trời, tức có độ cao góc lớn 420 Đám mây cầu vồng chụp đỉnh Everest Một đặc tính quan trọng cầu vồng, lễ hội màu sắc mà mang lại cho Trật tự màu không thay đổi: đỏ nằm mép trên, đỉnh vòng cung; sau từ cao xuống thấp, có da cam, vàng, lục lam, chàm tím mép Trên thực tế , màu không thay đổi đột ngột, mà dần dần, xen vào tinh tế Thỉnh thoảng xuất vòng thứ cấp kèm với vòng cung chính; mờ độ cao bầu trời, màu xếp theo trật tự ngược lại: màu tím mép màu đỏ mép Bán kính góc vòng cung thứ cấp lớn bán kính góc vòng cung vòng cung thứ cấp tối vòng tròn xung quanh Cầu vồng vật thể, mà kết trò chơi ánh sáng thay đổi theo vị trí người quan sát Do tính phi vật thể nó, nên cung hồn hảo đối xứng cầu vòng khơng bị ành hưởng Bạn khơng nhìn thấy soi bóng xuống nước hồ, chẳng thấy gương Cầu vồng bóng ma ẩn, khơng trung Nó sản phẩm ánh sang đến từ đằng sau chúng ta, đổi khác di chuyển, nên khơng bắt hay sờ mó Đã có nhiều nhà khoa học tìm cách giải thích tượng cầu vồng: Aristote (384-332 TCN) người thực ý tưởng tác phẩm Khí tượng học ơng ý thức cầu vồng vật thể có vị trí định bầu trời, mà kết trò chơi ánh sang phụ thuộc vào hướng nhìn Năm 1266, triết gia nhà bác học người Anh Roger Bacon (1220-1292) người đo bán kính góc 420 vòng cung cầu vồng Théodoric de Freiberg ( 1250-1310), dựa vào kết thực nghiệm với cầu thủy tinh chứa đầy nước mô phổng giọt nước, chứng tỏ cung cầu vòng sản phẩm tia sáng vào giọt nước chịu khúc xạ ánh sáng từ khơng khí vào giọt nước, phản xạ thành giọt nước, khúc xạ lần thứ hai ánh sáng từ giọt nước Ơng đưa giải thích vòng cung thứ cấp: vòng cung sản phẩm hai phản xạ liên tiếp ánh sáng thành giọt nước Vì phần ánh sáng bị sau mội lần phản xạ, nên cung thứ cấp mờ cung Năm 1637, Rene Descartes (1596-1650) với cơng bố phát cầu vồng Luận băng, thêm vào đóng góp quan trọng: Dựa định luật khúc luật khúc xạ ánh sáng, ông chứng minh phần lớn tia sáng Mặt Trời thoát từ giọt nước mưa nguyên nhân gây nên vòng cung chính, sau lần phản xạ hai lần khúc xạ theo hướng u thích, với góc khoảng 420 Lần đấu tiên, giải thích đưa cho bán kính góc vòng cung Descartes xa hơn: ơng suy nghĩ tới vấn đề vòng cung thứ cấp Ơng chứng minh rằng, hai khúc xạ hai lần vào khỏi giọt nước, tia sáng phải chịu hai lần phản xạ, chúng lại theo hướng ưa thích khoảng 510, giá trị quan sát bán kính góc vòng cung thứ cấp Năm 1666, Issac Newton (1642-1727) dùng lăng kính phân tích ánh sáng trắng Mặt Trời thành màu cầu vồng, ông không chứng minh rằng, ánh sáng trắng hỗn hợp màu, mà chứng minh rằng, chiết suất lăng kính (hay giọt nước) khác màu khác nhau: ánh sáng bị lệch hướng khác tùy theo màu (hay bước sóng) nó, tượng mà nhà Vật Lí học gọi “tán sắc” Bởi sáng bị tán sắc, nên thành phần màu cho vòng cung khác Như vậy, mà tin thực thể “cầu vồng” thật tập hợp vòng cung màu khác nhau, vòng cung màu xê dịch đơi chút so với vòng cung màu Bán kính góc vòng cung vòng cung thứ cấp biến thiên nhẹ theo màu sắc ánh sáng Như vậy, ánh sáng đỏ có bước sóng 800nm, góc 42,6o vòng cung 49.920 vòng cung thứ cấp Đối với ánh sáng tím có bước sóng 400nm, góc trở thành 40.510 53.730 Độ lớn góc vòng cung (cỡ 20) vòng cung thứ cấp (khoảng 40) khơng khác hiệu góc lệch màu đỏ tím CẦU VỒNG NGƯỢC ? Đây khơng phải cầu vồng, có hình dạng giống cầu vồng thơi, ngun lý hình thành lại khác Về mặt vật lí khơng phải cầu vồng Đây tượng đặc biệt, ngun nhân khơng có liên quan đến mưa, mà kết tượng tán sắc ánh sáng từ Mặt Trời khúc xạ phản xạ qua loại tinh thể lỏng Hình ảnh mà trơng thấy tượng quang học có tên chun mơn Cung circumzenithal Nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng từ Mặt Trời khúc xạ phản xạ qua loại tinh thể lỏng mà mắt thường khơng nhìn thấy điều kiện khí hậu định Theo nghiên cứu loại tinh thể gây tượng không lớn hạt cát, có sáu mặt xuất độ cao từ đến km điều kiện thời tiết có sương mù nhiều mây I/ TẠI SAO BẦU TRỜI CÓ MÀU XANH ? Câu hỏi bề ngồi ngây thơ này, loại câu hỏi mà trẻ thường đặt cho bố mẹ chúng làm cho họ bực khơng biết trả lời nào, lại câu hỏi phát lộ chân lí Câu trả lời tán xạ ánh sáng Mặt Trời, nghĩa trình làm cho tia tới Mặt Trời phân tán theo tất hướng khả dĩ, nguyên nhân làm cho bầu trời có màu xanh lam Và hạt vật chất khơng khí làm tán xạ ánh sáng cho bầu trời màu xanh phân tử khơng khí Trên thực tế, phân tử khơng khí thích tán xạ ánh sáng, chúng đặc biệt thích ánh sáng màu xanh lam Bước sóng ánh sáng ngắn, nghĩa xanh lam, hội tán xạ cao, xác suất để photon ánh sáng Mặt trời bị tán xạ phân tử khơng khí tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn bước sóng (một hạt ánh sáng xanh lam có hội tán xạ lớn ánh sáng màu đỏ gấp 10 lần) Như nhìn theo hướng bầu trời, ngoại trừ trực hướng Mặt Trời, hội để photon Mặt Trời màu xanh lam tới mắt bạn cao photon đỏ Và mà bầu trời có màu xanh lam Còn photon Mặt Trời đỏ vàng, bị tán xạ, nên chúng đến mắt chủ yếu theo hướng Mặt Trời Tuy vậy, Mặt Trời có màu đỏ tán xạ củng lấy photon Mặt Trời màu xanh lam đường ngắm tới Mặt Trời Và bầu trời gần chân trời sáng đỉnh đầu chúng ta, vào ngày bầu trời Chính lượng khơng khí mà ánh sáng Mặt Trời phải qua để đến mắt nguyên nhân điều đó: trục nhìn qua khối khơng khí lớn nhiều nhìn ngang qua đường chân trời so với nhìn thẳng đứng lên cao Xa chân trời, đường nhìn qua lớp khơng khí mỏng hơn, có phân tử khơng khí hơn, ánh sáng Mặt Trời trung bình bị tán xạ lần, bâu trời có màu xanh lam Ngược lại, gần chân trời, đường nhìn qua lớp khơng khí dày hơn, có nhiều phân tử khơng khí hơn, phân từ tán xạ ánh sáng không lần, mà nhiều lần Đúng photon lam có nhiều hội tán xạ photon đỏ; ánh sáng phải qua nhiều phân tử không khí, nên tất photon, dù chúng có màu gì, sớm hay muộn phải gặp phân tử, đường chúng bị lệch hướng Vì photon thuộc tất màu bị tán xạ phát trở lại nhiều lần trước đến mắt chúng ta, tới mức chúng hòa trộn vài cách hồn hảo da trời gần chân trời có màu với Mặt trời: màu trắng II/ TẠI SAO NÚI LẠI CÓ MÀU XANH ? Tại ta thấy núi xa có màu xanh lam? Được rừng bao phủ, lẻ chúng phải có màu lục Sở dĩ nhìn từ xa thấy chúng có màu xanh lam khơng phải màu xanh lục, lần , lại phân tử khơng khí nằm dãy núi làm tán xạ ánh sáng Mặt Trời Ngoài ánh sáng phản chiếu từ dãy núi, thấy “ánh sáng khơng khí” Bởi photon lam có nhiều hội tán xạ photon đỏ, nên ánh sáng khơng khí có màu lam sinh voan màu lam núi Lượng ánh sáng khơng khí phụ thuộc vào khoảng cách núi Khi dãy núi tương đối gần, ánh sáng Mặt Trời bị phản chiếu đến mắt dễ dàng., thấy qua voan màu lam tạo cho có màu xanh nhạt Mọi khung cảnh xa tơ sắc màu lam tinh tế đan xen hài hòa với Nhưng núi đủ xa, tán xạ xảy nhiều hơn, điều làm cho ánh sáng bị tán xạ bên ngồi trục nhìn chúng ta, khơng nhìn thấy Ánh sáng cũa núi thay ánh sáng khơng khí Điều làm cho, ngày trời quang, khơng khí phân biệt đường nét chìm dãy núi ngồi khoảng cách Các dãy núi biến khỏi tầm nhìn Mặt trời nằm cao bầu trời Khi đó, Mặt Trời phát động lượng lớn ánh sáng vào khơng khí, làm giảm lượng tương đương tương phản dãy núi làm cho chúng trở nên nhìn thấy Nhưng Mặt Trời xuống thấp bầu trời, ánh sáng khơng khí dịu dãy núi lại xuất tầm mắt Đó tượng xảy đứng bờ biển lúc hồng hơn, thấy đảo hay bờ biển xuất đột ngột phía xa khơng thể nhìn thấy ngày độ sáng mạnh khơng khí III/ HỒNG HƠN LỘNG LẪY Tất bị chinh phục vẻ đẹp tuyệt vời hồng hơn, festival tơng màu vàng, cam đỏ chiếu sáng bầu trời trước Mặt Trời lặn xuống chân trời Một lần nữa, tương tác ánh sáng Mặt Trời ban ngày với phân tử khơng khí hạt có khí Trái Đất tạo cảnh tượng trang lễ Trên thực tế, màu Mặt Trời định bời số tương tác mà ánh sáng Mặt Trời phải chịu đường trước đến mắt người Khi Mặt Trời hạ thấp xuống gần đường chân trời, đường ánh sáng dài hơn, ánh sáng Mặt Trời tương tác với nhiều phân tử khơng khí hạt trước đến chúng ta, độ sáng yếu màu sắc bị thay đổi Một phần lớn photon xanh lam bị tán xạ bắn chùm tia Mặt Trời, điều làm giảm độ sáng đĩa Mặt Trời Khi ánh sáng xanh lam bị lấy khỏi ánh sáng trắng Mặt Trời ánh sáng chuyển sang màu vàng cam Ngoài tán xạ ánh sáng lam phân tử khơng khí, phân tử ozon có khí đóng góp vào màu đỏ rực Mặt Trời cách hấp thụ mạnh màu lam lục Nhưng phân tử khơng khí ozon thủ phạm màu đỏ màu cam rực rỡ Các hạt nhỏ khí sinh hoạt động người, bụi khói, hạt tự nhiên nước mưa Đại Dương, đóng vai trò quan trọng Thật vậy, hạt nhỏ này, đường kính 100nm, tán xạ ánh sáng xanh lam Bằng cách lấy ánh sáng màu lam khỏi đường nhìn chúng ta, phân tử khơng khí hạt nhỏ tác nhân tạo tia sáng đỏ rực mà tự nhiên ban tặng cho Vì số lượng hạt thay đổi theo ngày khác vị trí khác nhau, nên khơng có hai hồng giống hệt Các đám mây, tập hợp giọt nước li ti, tán xạ ánh sáng vào lúc mặt trời lặn Chúng đóng góp vào cảnh tượng hồng cách tơ nên màu vàng cam tạo hình thù vô đa dạng, ngày tàn chốc tôn lên gam ánh sáng đỏ pha cam vô rực rỡ Hồng đẹp có dải mây lơ lửng chân trời, chúng trở nên không suốt, chặn hết ánh sáng Mặt Trời, làm cho cảnh tượng trở nên tối tăm Các đợt phun trào núi lửa có ảnh hưởng định đến cường độ ánh hồng hơn, núi lửa đẩy hàng tro bụi ion khí chứa lưu huỳnh vào khí Các hạt nặng nhanh chóng rơi xuống, hạt nhỏ mịn lo lửng khơng khí gió phát tán bay khắp địa cầu Trong lúc Mặt Trời lặn, chúng đóng vai trò tán xạ ánh sáng mang cho cảnh hoàng hôn đẹp chưa thấy Một tượng tiếng gắn liền với hồng thường chứa đựng chiều kích gần hoang đường, chí huyền bí trí tưởng tượng nhân gian “lục quang tuyến” Đêm không buông Mặt Trời lặn xuống chân trời Bầu trời tiếp tục chiếu sáng thêm lúc ngắn nữa: ánh hồng hơn, hay cảnh tranh sáng tranh tối Và hướng nhìn phía chân trời phía Tây, hướng Mặt Trời lặn, ngắm dải màu vàng nhạt pha cam vương vấn Đó cung hồng trải khoảng 900 từ Mặt Trời sang hai bên Các màu tương phản Mặt Trời hạ thấp xuống đường chân trời bầu trời cao tối Ở giới hạn dải màu vàng nhạt bầu trời màu lam, màu lục – lam ngọc xuất hiện, tạo hỗn hợp màu đẹp Đây “lục quang tuyến” Vì chiết suất phụ thuộc vào bước sóng, nên ánh sáng bị lệch hướng theo góc khác tùy theo màu nó, tượng mà nhà Vật Lí gọi “ tán sắc” Ở gần chân trời, tán sắc khí tạo hình ảnh màu tách khỏi đĩa Mặt Trời, chúng xê dịch nhẹ theo phương thẳng đứng Vì bước sóng ngắn bị khúc xạ nhiều nhất, nên bầu trời hình ảnh tím mặt trời nằm cao so với hình ảnh màu lam, hình ảnh màu lam lại cao chút so với hình ảnh màu lục, hình ảnh màu đỏ Vì dịch chuyển màu nhỏ so với đường kính Mặt Trời, nên hình ảnh chồng chập lên nhau, ngoại trừ mức có màu tím mép màu đỏ Những tia nắng cuối trước Mặt Trời lặn xuống đường chân trời phải có màu mép trên, nghĩa màu tím Nói cách khác, phải quan sát tia tím khơng phải tia lục Vậy lí mà lại thấy tia màu xanh lục khơng phải màu tím? Ở ngun hấp thụ tán xạ Các trình lấy số màu ánh sáng Mặt Trời đường đến mắt Chẳng hạn, nước khí hấp thụ ánh sáng lấy phần lớn màu vàng cam Như thấy, tán xạ phân tử khơng khí hạt mịn lơ lửng khí lấy màu xanh lam màu tím chúm sáng Vì lại màu xanh lục mép màu đỏ mép Khi tất biến chân trời, ngoại trừ mép trên, thấy tia xanh lục Vào lúc hoi, khơng khí hạt lơ lửng, màu xanh lam gần không bị tán xạ có tia màu lam màu lục đập vào mắt Thời gian tồn lục quang tuyến dài hay ngắn phụ thuộc phần lớn vào thời gian mà Mặt Trời phải để lặn xuống đường chân trời Đến lượt mình, thời gian lại phụ thuộc vào góc theo Mặt Trời xuống phía chân trời, thân góc lại phụ thuộc vào độ cao, nơi ta ngắm đêm buông xuống Khoảng thời gian ngắn xích đạo, Mặt Trời xuống vng góc với đường chân trời ... trời có màu với Mặt trời: màu trắng II/ TẠI SAO NÚI LẠI CÓ MÀU XANH ? Tại ta thấy núi xa có màu xanh lam? Được rừng bao phủ, lẻ chúng phải có màu lục Sở dĩ nhìn từ xa thấy chúng có màu xanh lam màu. .. lửng khí lấy màu xanh lam màu tím chúm sáng Vì lại màu xanh lục mép màu đỏ mép Khi tất biến chân trời, ngoại trừ mép trên, thấy tia xanh lục Vào lúc hoi, khơng khí hạt lơ lửng, màu xanh lam gần... cho có màu xanh nhạt Mọi khung cảnh xa tô sắc màu lam tinh tế đan xen hài hòa với Nhưng núi đủ xa, tán xạ xảy nhiều hơn, điều làm cho ánh sáng bị tán xạ bên ngồi trục nhìn chúng ta, khơng nhìn thấy