5. Các bước thực hiện
2.2.4. Màu sắc của bầu trời
Hình 2.22: Màu sắc của bầu trời
Do khuếch tán ánh sáng Mặt Trời trong các điều kiện khí quyển có độ trong suốt thay đổi mà từng vùng của bầu trời có màu sắc khác nhau: có khi là màu trắng đục, có khi là màu xanh lơ, có khi là màu xanh thẫm hay tím ngát…. Những màu sắc đó của bầu trời do thành phần tỉ lệ của các tia sáng khuếch tán quyết định.
Theo lý thuyết Rayleigh, trong khí quyển sạch (không có các hạt xon khí lớn), hệ số tán xạ tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng. Do vậy, những tia sáng có bước sóng ngắn như tia tím, xanh lam,…bị khuếch tán mạnh gấp nhiều lần những tia có bước sóng dài như tia đỏ. Hơn nữa, trong ánh sáng Mặt Trời chứa nhiều tia xanh nhất (cực đại phổ phát xạ Mặt Trời ở bước sóng 0,475m), do đó ánh sáng khuếch tán chứa nhiều
những tia xanh, tím… chúng pha trộn với nhau để tạo ra màu xanh lam đặc trưng của bầu trời trong những ngày trong sáng.
Trường hợp khí quyển có nhiều vật chất lơ lửng lớn như: hạt bụi, mây, sương mù,… thì mức độ khuếch tán của các tia màu là đồng đều nhau, do đó bầu trời có màu trắng đục.
Hiện tượng khuếch tán ánh sáng trong khí quyển cũng làm cho màu sắc Mặt Trời thay đổi theo thời gian trong ngày.
+ Lúc sáng sớm và chiều tối trong những ngày có khí quyển trong sạch, ta thấy Mặt Vì các tia sáng Mặt Trời phải xuyên qua khí quyển trên một chặng đường dài để đến mắt người quan sát. Trên chặng đường dài đó, các tia có bước sóng ngắn như tia tím, xanh lam, xanh lục do bị khuếch tán mạnh mà suy yếu hoàn toàn, chỉ còn những tia đỏ ít bị suy yếu hơn và vẫn tiếp tục đến mắt người.
+ Vào lúc giữa trưa, khi Mặt Trời cao nhất, các tia sáng xuyên qua khí quyển bằng con đường ngắn nhất, do đó các tia tím, xanh lam, xanh lục cũng ít bị suy yếu gần như các tia khác. Cho nên, ta thấy tia mặt trời có màu sáng rực. Đó là màu sắc tổng hợp của quang phổ Mặt Trời .
Mây (cũng như tuyết) gồm những hạt nước có kích thước khác nhau. Các hạt nhỏ tán xạ các tia sáng màu bước sóng ngắn trong quang phổ ánh sáng Mặt Trời, còn các hạt nước lớn hơn tán xạ các tia sáng màu bước sóng dài hơn.
Khi trời khô hanh, độ ẩm trong không khí thấp thì các hạt nước có kích thước nhỏ tụ hợp lại thành những đám mây chỉ hấp thụ ít năng lượng của các tia sáng mà tán xạ tất cả các màu của quang phổ, làm cho mây và tuyết có màu trắng.
Khi độ ẩm của không khí tăng cao, các hạt nước trở thành nhiều hơn và tụ hợp thành nhiều giọt lớn hơn. Phần ánh sáng màu có bước sóng dài hơn bị tán xạ mạnh hơn. Cho nên bầu trời có nhiều tia màu đỏ, cam, vàng, lục và sự pha trộn các tia đó khiến cho bầu trời trở thành xám xịt.
Lúc mây dày đặc các giọt nước lớn thì nó hấp thụ hầu hết các tia sáng Mặt Trời và chuyển thành màu đen. Đó cũng là lúc có mưa dông.