لماذا السماء زرقاء والغروب أحمر

انظر إلى الأعلى في عصر صافٍ

ضوء الشمس أبيض، والهواء الذي يعبره شفاف. فمن أين تأتي السماء الزرقاء إذن، ولماذا تبدو الشمس نفسها برتقالية قبل غروبها بنصف ساعة؟ كلا اللونين يأتي من ظاهرة واحدة. جزيئات الهواء تحرف جزءًا صغيرًا من ضوء الشمس عن مساره، وتفعل ذلك بالأطوال الموجية القصيرة أكثر بكثير مما تفعله بالطويلة.

النموذج في الأعلى حقل تحت سماء محسوبة، بكسلًا بكسلًا، من هذه الظاهرة. يمكنك أن تسحب الشمس إلى الأفق، وأن تزيد كثافة الضباب، وأن تضع طبقة بركانية في الستراتوسفير، وأن ترفع عينك إلى ارتفاع طيران طائرة ركاب أو إلى المدار، وأن تستبدل بالكوكب المريخ أو القمر أو أورانوس أو نبتون. تعرض اللوحة الجانبية الأرقام وراء كل صورة، ويضبط الشريط السفلي 23 حالة حقيقية بلمسة واحدة.

لماذا يشتت الهواء الأزرق أكثر من الأحمر

جزيء النيتروجين أو الأكسجين أصغر بنحو ألف مرة من الطول الموجي للضوء المرئي. عندما تمر موجة ضوئية، تدفع إلكترونات الجزيء ذهابًا وإيابًا، فتبعث الإلكترونات المهتزة ضوءًا خاصًا بها في كل الاتجاهات تقريبًا. هذا هو تشتت رايلي، وشدته تتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة للطول الموجي.

القوة الرابعة هي ما يجعل الفرق كبيرًا إلى هذا الحد. الطول الموجي للضوء الأزرق عند 440 nm يساوي 0.65 من طول الضوء الأحمر عند 680 nm، و0.65⁴ تساوي نحو 0.18، فيتشتت الأزرق أكثر بنحو 5.7 مرة. وباستخدام معامل انكسار الهواء المقيس، وهو نفسه أعلى قليلًا للأزرق، يحصل النموذج على 5.9. وعلى امتداد المدى المرئي كله، من 400 إلى 700 nm، تقترب النسبة من 10.

بالأرقام، يشتت عمود رأسي من الهواء النقي نحو 19% من ضوء 450 nm الداخل إليه، وأقل من 5% من ضوء 650 nm. هذا الأزرق المفقود لا يختفي، بل يتوزع على قبة السماء كلها، وهو الضوء الذي تراه حين تنظر بعيدًا عن الشمس.

شغّل حساسية العين فيعرض الرسم البياني في اللوحة منحنيين معًا: طيف الضوء الواصل إلى مركز نظرك (يرتفع نحو طرف البنفسجي) وحساسية العين نفسها (حدبة مركزها الأخضر).

لماذا السماء زرقاء لا بنفسجية

إذا كانت الأطوال الموجية القصيرة هي الأكثر تشتتًا، فالمفروض أن تكون السماء بنفسجية. والواقع أن الطيف الذي يحسبه النموذج لسماء ما فوق الرأس يبلغ ذروته عند الطرف البنفسجي من المدى المرئي، قرب 380 nm. ثلاثة أمور تمنعنا من رؤية البنفسجي.

أولًا، في ضوء الشمس أصلًا بنفسجي أقل من الأزرق، ويُمتص بعض فوق البنفسجي والبنفسجي في الطبقات العليا. ثانيًا، العين ضعيفة جدًا في البنفسجي: حساسيتها عند 400 nm نحو 0.1% من ذروتها عند 555 nm، مقابل 3% عند 450 nm. وإذا وُزن طيف السماء بحساسية العين صارت ذروته قرب 540 nm. ثالثًا، اللون لا يُقرأ من الذروة أصلًا. كل نوع من المخاريط الثلاثة يستجيب لنطاق عريض، والمزيج الذي ينتجه ضوء السماء أقرب ما يكون إلى أزرق فاتح. والنموذج يحوّل الطيف المحسوب إلى لون بالطريقة نفسها، فيخرج الطول الموجي السائد عند 478 nm، أي أزرق سماوي.

إذن لون السماء مزيج فيه فائض كبير من الأزرق، لا طول موجي واحد. ولهذا أيضًا لا يكون أبدًا مشبعًا مثل الليزر أو قوس قزح.

الشمس المنخفضة تسطع عبر هواء أكثر بكثير

النصف الثاني من القصة هندسي. حين تكون الشمس فوق الرأس يعبر ضوؤها سُمكًا واحدًا من الغلاف الجوي، يمكنك أن تتخيله طبقة هواء سُمكها 8 km بكثافة مستوى سطح البحر. وحين تنخفض الشمس يطول المسار المائل. النسبة بين الاثنين تسمى الكتلة الهوائية.

قاعدة «1 مقسومًا على جيب الارتفاع» تعمل جيدًا حتى نحو 10°، ثم تخطئ كثيرًا لأن الأرض كروية: فهي تعطي ما لا نهاية عند الأفق. أما النموذج فيتبع الطبقة المنحنية ويحصل على 35 عند الأفق. وتعطي معادلة كاستن ويونغ الشائعة، المضبوطة على الانكسار الحقيقي، القيمة 38.

من أين يأتي الأحمر والبرتقالي

كل كتلة هوائية تشتت الجزء نفسه من كل لون، فتتضاعف الخسائر. في هواء نقي مع قليل من الضباب، هذا ما يبقى من ضوء الشمس المباشر عند طولين موجيين:

عند 5° يصبح الأحمر أقوى من الأزرق سبع مرات، قياسًا إلى ما خرج من الشمس. يتحول القرص إلى البرتقالي ثم الأحمر، ويخفت كثيرًا، ولهذا تستطيع أحيانًا أن تنظر إلى شمس غاربة كانت ستؤذي عينيك عند الظهر. اضغط تشغيل فتهبط الشمس نحو 2° في الثانية، ويهبط الخط الأبيض في الرسم البياني عند طرف الأزرق مع هبوطها.

تأخذ الغيوم والسماء القريبة من الشمس اللون نفسه لأن الضوء المحمرّ نفسه يضيئها. وتبقى الغيوم العالية مضاءة مدة أطول بعد الغروب، ولهذا تتوهج بعد أن تدخل الأرض في الظل.

بعد الغروب: الظل والحزام والساعة الزرقاء

بعد أن تغيب الشمس، استدر وانظر إلى الأفق المقابل. يمتد على طوله شريط رمادي مزرق: إنه ظل الأرض نفسها ملقى على الهواء. وفوقه شريط وردي هو حزام الزهرة، حيث الهواء مرتفع بما يكفي ليظل يلتقط الضوء الأحمر من شمس غربت عنك. ومع نزول الشمس أكثر يرتفع الظل ويخبو الحزام.

قد تتوقع أن تصير السماء رمادية مع تعمق الشفق، لأن ضوء الشمس الذي يضيء الهواء العالي عبر قدرًا كبيرًا من الغلاف السفلي حتى صار شديد الحمرة. لكنها تصير زرقاء داكنة. والسبب هو الأوزون. فنطاق شابوي فيه يمتص الضوء البرتقالي والأصفر حول 600 nm، امتصاصًا ضعيفًا من فوق الرأس (يعطي النموذج عمقًا بصريًا قدره 0.04)، لكنه قوي على المسار الطويل جدًا شبه الأفقي الذي يسلكه ضوء الشفق عبر طبقة الأوزون. اختر الساعة الزرقاء لترى الشمس 6° تحت الأفق.

ما الذي يغيّره الضباب والغبار والدخان

الجسيمات الأكبر بكثير من الجزيئات تتصرف بشكل مختلف. فالقطيرات والغبار والدخان يتراوح قطرها من عُشر ميكرومتر إلى عدة ميكرومترات، أي قريبًا من الطول الموجي للضوء أو أكبر. وهي تشتت الألوان كلها بتساوٍ أكبر، وترسل معظم ضوئها إلى الأمام، في بضع درجات حول الشمس. هذا التشتت الأمامي هو الوهج الأبيض حول الشمس في يوم ضبابي.

يصف النموذج الضباب برقمين. الضباب والغبار الناعم هو العمق البصري للهباء الجوي عند 550 nm، وهو المقدار الذي تقيسه مقاييس الضوء الشمسي في شبكة AERONET. هواء الريف النقي أقل من 0.1، ويوم ملوث في مدينة كبيرة قد يتجاوز 1. وحجم الجسيمات هو أُس أنغستروم: نحو 2 للدخان الناعم، الذي ما زال يميل إلى الأزرق قليلًا، وقرب 0 لغبار الصحراء الخشن، الذي يشتت الألوان كلها بالتساوي.

لزيادة الضباب أثران مرئيان. تبهت التلال البعيدة إلى رمادي مزرق، لأن الهواء بينك وبينها يضيف ضوءه الخاص، ويسمي الرسامون ذلك المنظور الجوي. ويصبح الغروب أخفت لا أكثر احمرارًا، لأنه مع عمق بصري قدره 0.8 والشمس عند 5° لا يكاد يصل شيء من أي لون. أشد الغروبات احمرارًا تأتي من هواء نقي فيه ضباب رقيق، لا من تلوث كثيف.

والدخان هو الاستثناء الذي يؤكد القاعدة. في سبتمبر 2020 كان دخان حرائق الغابات على الساحل الغربي للولايات المتحدة كثيفًا حتى تجاوز عمقه البصري 5 في بعض الأماكن، وهذا يكفي لإظلام سماء النهار. اختر دخان حرائق الغابات لتضبط عمقًا بصريًا قدره 3 بجسيمات صغيرة.

براكين في الأعالي

يمكن لثوران كبير أن يرفع ثاني أكسيد الكبريت فوق طبقة الطقس إلى الستراتوسفير، حيث يتحول إلى قطيرات دقيقة من حمض الكبريتيك. تنتشر هذه القطيرات حول الكوكب وتبقى عامًا أو أكثر. هذا ما فعله جبل بيناتوبو في الفلبين في يونيو 1991، وقد برّد ضبابه الكوكب بنحو 0.5 °C حتى 1993.

تقع الطبقة على ارتفاع نحو 20 km، فتبقى في ضوء الشمس مدة بعد أن يعتم سطح الأرض. شغّل طبقة الضباب البركاني واضبط الشمس على 3° تحت الأفق: يظهر توهج وردي وأرجواني عاليًا فوق شفق الغروب. وبعد ثوران كراكاتوا في 1883 كانت ألوان الشفق قوية إلى حد أن سيارات الإطفاء استُدعيت في نيويورك وبوكيبسي ونيو هيفن لإطفاء حرائق لا وجود لها.

الصعود أعلى

يقل الهواء كثافةً مع الارتفاع. في غلاف النموذج الجوي تنخفض الكثافة إلى النصف كل 5.5 km تقريبًا. يرفعك عنصر ارتفاع العين، فتعتم السماء فوقك لأن الهواء الذي فوقك ويشتت الضوء صار أقل.

على جبل ارتفاعه 4,000 m يكون نحو 40% من الهواء تحتك ويكون السمت أزرق عميقًا داكنًا. وعند 10,700 m، وهو ارتفاع الطيران المعتاد لطائرات الركاب، يكون ثلاثة أرباع الهواء تحتك، فتبدو السماء فوقك من النافذة كحلية بينما يظل الأفق شاحبًا. كانت الكونكورد تطير حتى 18,300 m، حيث كان ركابها يرون السماء تعتم فوق شريط مضيء. وعند 39 km، ارتفاع قفزة فيليكس باومغارتنر في 2012، يكون فوقك أقل من 1% من الهواء والسماء سوداء حتى في منتصف النهار.

ومن محطة الفضاء الدولية، على ارتفاع نحو 400 km، يبدو الغلاف الجوي خطًا رفيعًا متوهجًا على الحافة المنحنية للكوكب. الأزرق ما زال موجودًا، لكنك تراه الآن من الجانب.

سماوات أخرى

لـالمريخ غلاف جوي من ثاني أكسيد الكربون ضغطه عند السطح 6.36 مليبار، أي أقل من 1% من ضغطنا، فلا يشتت غازه إلا قليلًا جدًا. ما يلوّن السماء هو الغبار الناعم العالق في الهواء دائمًا. يمتص الغبار الضوء الأزرق (ففيه أكاسيد الحديد) ويشتت الأحمر على زوايا واسعة، فتكون سماء النهار بنية مصفرة يسميها الناس لون الكراميل. وفي النموذج، تكون السماء على بعد 45° من الشمس أضعف في الأزرق منها في الأحمر بنسبة 27%.

عند الغروب تنقلب الصورة. فحبيبات الغبار الأكبر قليلًا من الطول الموجي للضوء تقذف الضوء الأزرق إلى الأمام في مخروط أضيق من الأحمر، فيكون الضوء المتشتت قرب الشمس أكثر زرقة. يعطي النموذج توهجًا أزرق حول الشمس الغاربة فيه أزرق أكثر من الأحمر بنسبة 44%، مطابقًا للصورة التي التقطتها المركبة كيوريوسيتي في فوهة غيل في أبريل 2015. وفي عاصفة الغبار الشاملة عام 2018 تجاوز العمق البصري في موقع أبورتشونيتي 10. ففقدت المركبة أبورتشونيتي، العاملة بالطاقة الشمسية، طاقتها ولم تستيقظ بعدها.

القمر لا هواء فيه، فلا يتشتت شيء وتبقى السماء سوداء والشمس عالية. والأرض لا يضيئها إلا الشمس.

أورانوس ونبتون ليس لهما سطح صلب، ولذلك تطفو في النموذج فوق طبقة سحب الميثان. يشتت الهيدروجين والهيليوم الأزرق كما يفعل هواؤنا، ويمتص الميثان الضوء الأحمر بقوة، فيكون الضوء العائد أزرق مخضرًا. وقد وجدت دراسة من أكسفورد في 2024، أعادت موازنة ألوان صور فوياجر 2 وهابل، أن الكوكبين بلون أزرق مخضر فاتح متقارب. ونبتون أكثر زرقة قليلًا لأن طبقة الضباب فيه أرق. أما نبتون الأزرق الداكن في الصور القديمة فجاء من صور مُدّ تباينها.

ثلاث وعشرون حالة للتجربة

يضبط الشريط تحت النموذج كل حالة ويوجه النظر إلى الجزء المهم من السماء.

1. ظهيرة صافية: الشمس على ارتفاع 65°، وأزرق عميق فوق الرأس.
2. بعد الظهر: 30°، والأفق يبهت نحو الأبيض.
3. الساعة الذهبية: 6°، وضوء دافئ على الحقل.
4. الغروب: نصف درجة، والقرص أحمر خافت.
5. ظل الأرض: 2.5° تحت الأفق، مع النظر شرقًا.
6. الساعة الزرقاء: 6° تحت الأفق، والأوزون يبقي الشفق أزرق.
7. بعد المطر: عمق بصري 0.01، والتلال البعيدة واضحة.
8. يوم ضبابي: عمق بصري 0.8، والتلال باهتة.
9. الغبار الأصفر: عمق بصري 1.5 من حبيبات صحراوية خشنة.
10. دخان حرائق الغابات: عمق بصري 3، ونهار برتقالي.
11. بعد بيناتوبو: طبقة كبريتات عمقها البصري 0.15.
12. بعد كراكاتوا: طبقة أسمك، 0.35.
13. قمة جبل: العين على 4,000 m.
14. نافذة طائرة ركاب: العين على 10,700 m.
15. الكونكورد: العين على 18,300 m.
16. قفزة من الستراتوسفير: العين على 39 km.
17. محطة الفضاء: العين على 400 km.
18. المريخ نهارًا: عمق الغبار البصري 0.6.
19. غروب المريخ: التوهج الأزرق.
20. عاصفة غبار مريخية: عمق بصري 5.
21. القمر: سماء سوداء.
22. أورانوس: ضباب كثيف، أزرق مخضر فاتح.
23. نبتون: ضباب أرق، أكثر زرقة قليلًا.

التحقق من اللون على الشاشة

تُقاس الحلقة في وسط المشهد مرتين. بكسل الشاشة يقرأ اللون المرسوم فعلًا في تلك النقطة، بعد التعريض ومعالجة الشاشة للألوان. ومن الطيف يأخذ الطيف الذي يحسبه النموذج في النقطة نفسها، ويحوله إلى إحداثيات لون CIE بالراصد القياسي، ثم إلى sRGB، ويضبطه بحيث تكون القناة الأسطع كاملة. لذلك تُظهر عينة الطيف دائمًا درجة اللون بكامل سطوعها، بينما يحمل بكسل الشاشة أيضًا تعريض الصورة كلها ويكون غالبًا أغمق وأكثر رمادية. قارن توازن الأحمر والأخضر والأزرق في الاثنين. وإذا اختلف التوازن كثيرًا، فالاختصار المستخدم في الرسم (ثلاثة أطوال موجية للأحمر والأخضر والأزرق) قد ابتعد عن الطيف الكامل.

ما يتركه النموذج

• يتشتت الضوء مرة واحدة. أما ضوء السماء الحقيقي فيتشتت جزء منه مرتين أو أكثر، فيزيد سطوع الأفق وسماء الشفق. ويضيف النموذج تعويضًا تقريبيًا لذلك.
• يستخدم الرسم ثلاثة أطوال موجية، 680 و550 و440 nm؛ ويستخدم الرسم البياني والتحقق من اللون 35 طولًا، كل 10 nm من 380 إلى 720 nm.
• للضباب حجم جسيمات واحد في كل حالة، وهو طبقة واحدة تقل كثافتها مع الارتفاع. أما الضباب الحقيقي فيأتي في طبقات بأحجام مختلطة.
• لا غيوم على الأرض ولا قوس قزح ولا استقطاب، مع أن ضوء السماء على بعد 90° من الشمس مستقطب بقوة.
• يُهمل الانكسار، فلا ترتفع الشمس ولا تتفلطح قرب الأفق.
• امتصاص الميثان في أورانوس ونبتون منحنى ملائم ناعم، لا بنية النطاقات الحقيقية.

تاريخ موجز

في أواخر عقد 1860 سلّط جون تندال حزمًا ضوئية قوية عبر أنابيب فيها جسيمات دقيقة، فرأى ضوءًا أزرق يتشتت جانبيًا، وهو ما يسمى اليوم تأثير تندال. ونشر اللورد رايلي النظرية في 1871، مبينًا أن الجسيمات الأصغر بكثير من الطول الموجي تشتت بنسبة 1/λ⁴، ثم بيّن في 1899 أن جزيئات الهواء وحدها تكفي لجعل السماء زرقاء، دون حاجة إلى الغبار. نال رايلي جائزة نوبل في الفيزياء عام 1904 عن عمله في كثافات الغازات واكتشاف الأرغون. ولاحقًا ربط سمولوخوفسكي وأينشتاين تشتت الغازات بتقلبات دقيقة في كثافتها، فسدّا آخر ثغرة في النظرية.

أما نوع النموذج المستخدم هنا، الذي يتقدم على طول كل شعاع نظر عبر غلاف جوي كروي، فمصدره رسوميات الحاسوب: نيشيتا وزملاؤه في 1993، وطريقة الحساب المسبق لبرونتون ونيريه في 2008.

مثال حسابي: حساب 1/λ⁴

لنأخذ ضوءًا أزرق طوله 450 nm وضوءًا أحمر طوله 700 nm. يتناسب تشتت رايلي مع 1/λ⁴.

لذلك فنسبة شدتي التشتت هي (700 ÷ 450)⁴.

نسبة الطولين 1.556.

مربعها 2.42.

ومربع ذلك 5.86.

يتشتت الأزرق أقوى من الأحمر بنحو 5.9 مرة، وهذا قريب من 5.7 إلى 5.9 اللذين يعطيهما النموذج للزوج 440 و680 nm الذي يرسم به. أما الزوج 380 nm و700 nm فيعطي (700 ÷ 380)⁴، أي نحو 11.5.

لنحوّل النسبة الآن إلى الضوء الواصل إلى الأرض. بحسب النموذج، يشتت عمود رأسي من الهواء النقي نحو 19% من ضوء 450 nm، فينفذ 81%. نكتب الفقد بالعمق الضوئي τ، والجزء الباقي هو e⁻τ. إذن 0.81 تعني τ = 0.21. وبالمقياس نفسه 5.86، يكون للأحمر τ = 0.21 ÷ 5.86 = 0.036. فيبقى 96% من ضوء 700 nm.

هكذا يكون الغروب. عند الأفق تبلغ الكتلة الهوائية نحو 38 (كاستن ويونغ). لذلك نضرب الأعماق الضوئية في 38.

الأزرق: 0.21 × 38 = 8.0، وقيمة e⁻⁸·⁰ هي 0.0003.

الأحمر: 0.036 × 38 = 1.4، وقيمة e⁻¹·⁴ هي 0.25.

فقدت الشمس كل الأزرق تقريبًا وبقي لها ربع الأحمر، أي نسبة نحو 760 إلى 1. هذا فحص مبسّط يأخذ جزيئات الهواء وحدها ويعدّ 1/λ⁴ قانونًا دقيقًا. أما قيم النموذج فتشمل الأوزون والضباب أيضًا، فتختلف قليلًا، لكن القصة واحدة.

جزيئات الهواء والقطيرات والضباب: لماذا يهم الحجم

يتوقف تشتت الضوء بحسب 1/λ⁴ على حجم الجسيم قياسًا إلى الطول الموجي. جزيء النيتروجين أصغر من 1 nm، أي أصغر من الضوء بنحو ألف مرة. لذلك تتحرك إلكتروناته معًا ويصح قانون رايلي. أما جسيمات الضباب التي تتراوح بين 0.1 و1 µm فتقارب الطول الموجي، وتُوصف بنظرية مي. يضعف الاعتماد على اللون، ويتجه معظم الضوء إلى الأمام. وقطيرات السحب التي يبلغ قطرها نحو 10 µm أكبر من الطول الموجي بنحو عشرين مرة، فتشتت كل الألوان المرئية بالتساوي تقريبًا. ولهذا تبدو السحابة المضاءة بالشمس بيضاء.

الفكرة نفسها تفسّر السماء المائلة إلى البياض. في مدينة مليئة بالدخان أو في صيف رطب، تضيف الجسيمات ضوءها المشتت شبه عديم اللون إلى زرقة الجزيئات، فتشحب السماء. ويظهر ذلك أكثر قرب الأفق، حيث يعبر خط النظر أكبر قدر من الهواء. اضبط الضباب والغبار الناعم على 0.8 وسترى الأزرق الداكن يصير حليبيًا. ثم صغّر حجم الجسيمات فتحتفظ السماء ببعض الزرقة. وإن قرّبته من 0 كغبار الصحراء صارت السماء رمادية بيضاء.

بعد المطر يحدث العكس. مع قلة الجسيمات تصير السماء أغمق وأزرق، وتبدو التلال البعيدة حادة. وهذا ما تعرضه حالة بعد المطر.

ضوء السماء مستقطب

الضوء المشتت من جزيء لا ينطلق في كل الاتجاهات فحسب، بل هو مستقطب أيضًا. في الحالة المثالية لتشتت واحد، يكون الضوء المنحرف بمقدار 90° تمامًا مستقطبًا كليًا. ويهتز مجاله الكهربائي عموديًا على المستوى الذي يضم الشمس والجزيء وعينك. وفي اتجاه الشمس أو عكسها تمامًا لا يكون الضوء مستقطبًا. لذلك فالسماء الزرقاء الصافية على بعد 90° من الشمس هي أشد المناطق استقطابًا.

ضوء السماء الحقيقي لا يبلغ المثال أبدًا. فهو يتشتت أكثر من مرة، ويرتد عن الأرض، ويختلط بالضباب، وكل ذلك يخفض الاستقطاب. ومع ذلك يمكن رؤيته. ارتدِ نظارة شمسية مستقطِبة، وانظر إلى بقعة صافية من السماء على بعد 90° من الشمس، ثم أمِل رأسك. ستفتح السماء وتغمق بالتناوب. دوّن تيندال استقطاب ضوء السماء عام 1869، ووضع رايلي نظريته عام 1871 في البحث نفسه الذي يتضمن قانون 1/λ⁴. يهمل النموذج الاستقطاب ويرسم السطوع الكلي فقط، فما تراه على الشاشة هو مجموع الاتجاهين.

مفاهيم خاطئة شائعة

«السماء زرقاء لأنها تعكس البحر.» هذا معكوس في جزء منه. فالسماء زرقاء فوق صحارى وجبال وبحيرات ليست زرقاء إطلاقًا. والبحر أزرق لأن الماء يمتص الضوء الأحمر، فيرشّح ضوء الشمس ويترك الأزرق، كما توضح NOAA. وقد يحاكي البحر لون السماء على سطحه، لكن سبب كل لون مختلف.

«الغبار أو بخار الماء يجعل السماء زرقاء.» استخدمت تجارب تيندال جسيمات دقيقة، وظل الظن طويلًا أن الغبار لازم. وأثبت رايلي عام 1899 أن جزيئات الهواء وحدها تكفي. والهواء النقي أكثر زرقة.

«السماء بنفسجية لكن عيوننا لا تراها.» هذا صحيح جزئيًا. العين ضعيفة في البنفسجي، وضوء الشمس عند قمة الغلاف الجوي فيه بنفسجي قليل. لكن المخاريط تستجيب لخليط واسع، ويبدو هذا الخليط أزرق شاحبًا. الأرقام في قسم البنفسجي أعلاه.

«الأوزون يجعل السماء زرقاء.» تأثير الأوزون نهارًا ضعيف. ويهم امتصاصه لزرقة الشفق العميق، حين يقطع الضوء مسارًا طويلًا جدًا.

«الغروب الأحمر سببه التلوث.» قد يجعل التلوث الغروب أكثر برتقالية. لكن الشمس تحمرّ أصلًا في الهواء النقي بسبب المسار الطويل. أما الدخان الكثيف جدًا فيعطي شمسًا معتمة.

«الضوء الأزرق ينكسر أكثر، فلهذا تبدو الشمس المنخفضة حمراء.» الانكسار يحني الضوء الأزرق أكثر قليلًا، لكن دوره هنا غير حقيقي. الذي يزيل الأزرق هو التشتت لا الانحناء.

جرّب على الشاشة

1. اختر بالتتابع ظهيرة صافية ثم الساعة الذهبية ثم الغروب، وراقب صفّي الكتلة الهوائية والضوء الباقي 680/440 nm. ترتفع الكتلة الهوائية بحدة، وتنخفض حصة الأزرق من الضوء المباشر أسرع بكثير من حصة الأحمر.
2. اختر يوم ضبابي ثم أنزل الشمس بيدك. مع ضباب أكثر تحمرّ الشمس أقل ويخفت الغروب، كما في قسم الضباب.
3. اختر بعد المطر ثم الغبار الأصفر. قارن السماء قرب الأفق والتلال البعيدة.
4. اختر المريخ نهارًا وغروب المريخ. سماء النهار بلون الحلوى الكراميلية، ولا يظهر التوهج الأزرق حول الشمس الغاربة إلا عند الغروب.
5. ارفع ارتفاع العين من الأرض إلى نافذة طائرة ركاب ثم قفزة من الستراتوسفير، ولاحظ السماء فوق رأسك تتحول من الأزرق إلى الكحلي ثم الأسود.
6. شغّل حساسية العين وقارن منحنى السماء بمنحنى العين.