Tại sao bầu trời lại có màu xanh? Một vấn đề có vẻ đơn giản nhưng phức tạp

Tôi tin rằng nhiều người sẽ hỏi câu hỏi này khi họ còn trẻ, bởi vì khi còn nhỏ, chúng ta luôn tò mò về thế giới bên ngoài và luôn có "hàng trăm ngàn câu hỏi tại sao". Tuy nhiên, sau khi trưởng thành, chúng ta trở nên quen thuộc với mọi thứ xung quanh và khó có thể nghĩ về nó nữa.

Vậy tại sao bầu trời lại có màu xanh?

Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta hãy xem xét một hiện tượng đơn giản trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Nếu bạn sử dụng đèn pin để chiếu sáng đường vào ban đêm mà không có đèn đường, bạn sẽ thấy ánh sáng từ đèn pin có dạng một chùm sáng. Bạn có thể nhìn thấy chùm sáng rất rõ và thậm chí còn thấy rất nhiều bụi bay trong đó.

Tại sao bạn có thể nhìn thấy chùm sáng?

Nhiều người biết câu trả lời vì không khí chứa đầy bụi và các phân tử khí. Nếu không có các phân tử bụi và khí, bạn sẽ không thể nhìn thấy chùm sáng ngay cả khi bạn bật đèn pin. Các phân tử bụi và khí trong không khí làm phân tán ánh sáng của đèn pin theo mọi hướng và sau đó bay vào mắt bạn. Nếu bạn ở ngoài không gian, bạn sẽ không thể nhìn thấy tia đèn pin trừ khi bạn chiếu đèn pin vào mắt, vì không có hiện tượng tán xạ trong không gian.

Hiện tượng trên được gọi là "hiệu ứng Tyndall".

Chúng ta hãy quay lại câu hỏi tại sao bầu trời lại có màu xanh.

Nói một cách đơn giản, lý do bầu trời có màu xanh là khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất, nó bị tán xạ khi đi qua bầu khí quyển, và ánh sáng tán xạ thường có màu xanh chứ không phải màu khác.

Nghĩa là, ánh sáng xanh có nhiều khả năng bị phân tán hơn.

Hiện tượng này sau đó đã được Rayleigh xác nhận, người đã đề xuất công thức tán xạ Rayleigh, cho thấy cường độ ánh sáng tán xạ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bốn của bước sóng. Điều này cho thấy ánh sáng xanh có bước sóng ngắn dễ bị tán xạ hơn ánh sáng đỏ có bước sóng dài.

Trên đây chỉ là cách giải thích đơn giản và phổ biến. Có điều gì đó sâu sắc hơn.

Độ dày của khí quyển Trái Đất là chắc chắn. Nếu khí quyển đủ dày, sau khi ánh sáng xanh bị tán xạ cơ bản, nó sẽ bắt đầu tán xạ ánh sáng đỏ có bước sóng dài hơn, và lúc này bầu trời sẽ xuất hiện màu đỏ.

Trên thực tế, bầu khí quyển của Trái Đất đủ dày để tán xạ cả ánh sáng xanh và đỏ. Ánh sáng xanh là màu của bầu trời vào ban ngày, vì lúc này mặt trời chủ yếu chiếu thẳng đứng xuống mặt đất và ánh sáng chỉ di chuyển một quãng đường tương đối ngắn qua bầu khí quyển. Vào buổi tối, ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất gần như song song với đường chân trời. Lúc này, ánh sáng phải đi qua một lớp khí quyển tương đối dày, do đó ánh sáng đỏ sẽ bị tán xạ và bầu trời sẽ xuất hiện màu đỏ, cái gọi là "hoàng hôn đỏ"!

Bạn có thể có câu hỏi này: tại sao bầu trời không tán xạ ánh sáng màu tím? Tại sao bầu trời không có màu tím?

Có một số lý do.

Đầu tiên, bầu khí quyển của Trái Đất có độ dày vừa phải để tán xạ ánh sáng xanh hoặc đỏ. Về mặt lý thuyết, nếu bầu khí quyển mỏng hơn, bầu trời có thể không còn màu xanh nữa, nhưng cũng không có khả năng mang màu tím. Bạn có thể leo lên một ngọn núi cao và ngắm nhìn. Màu sắc của bầu trời cũng không phải là màu tím. Màu sắc của bầu trời trên núi (ở độ cao) thường tối hơn. Bạn có thể chú ý một chút vào lần tới khi đi máy bay.

Còn một lý do nữa. Sau một thời gian dài tiến hóa, mắt người chỉ có thể nhìn thấy ánh sáng có bước sóng nhất định, được gọi là ánh sáng khả kiến. Độ nhạy sáng của chúng ta khác nhau. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng con người nhạy cảm nhất với ánh sáng gần bước sóng xanh lục, trong khi màu tím là không nhạy cảm. Nói cách khác, bầu trời xanh mà chúng ta nhìn thấy thực sự có một số yếu tố chủ quan nhất định và bầu trời mà các loài khác nhìn thấy có thể không có màu xanh lam.

Tất nhiên, còn có một điều kiện quan trọng khác đối với sự tán xạ ánh sáng mặt trời, đó là mật độ không khí không đồng đều và không hoàn hảo. Nếu mật độ không khí hoàn toàn đồng đều, về cơ bản sẽ không có sự tán xạ, vì mật độ đồng đều có nghĩa là ánh sáng sẽ hủy lẫn nhau trong quá trình truyền và va chạm, và không xảy ra sự tán xạ. Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng mật độ phân bố của bầu khí quyển Trái Đất thực sự không đồng đều.

Vì vậy, đừng coi thường những gì đang diễn ra xung quanh chúng ta. Hãy đặt nhiều câu hỏi hơn và có lẽ bạn sẽ khám phá ra nhiều điều bí ẩn vũ trụ ẩn giấu trong thiên nhiên. Có rất nhiều điều bí ẩn của thiên nhiên xung quanh bạn và tôi. Chỉ phụ thuộc vào việc bạn có trái tim tò mò và lòng can đảm để khám phá hay không!