ทำไมท้องฟ้าจึงป็นสีฟ้า

ทำไมท้องฟ้าตอนกลางวันจึงเป็น สีฟ้า ทำไมไม่เป็นสีดำในเมื่อจักรวาลนั้นเป็นสีดำ (ตามจริงก็ยังหาข้อสรุปกันไม่ได้ว่าจักรวาลมีสีอะไร) เหมือนตอนกลางคืน หลายคนอาจจะบอกว่าก็ตอนกลางวันมันมีแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ เลยไม่เป็นสีดำเหมือนตอนกลางคืน มันก็ถูกแต่ถ้าเป็นอย่างนั้น ทำไมตอนกลางวันฟ้าไม่เป็นสีขาว เหมือน แสงอาทิตย์  นั้นซิ เรื่องนี้เป็นปริศนามายาวนานเท่าๆ ตั้งแต่มนุษย์แหงนหน้ามองฟ้าเป็นครั้งแรก มันก็เป็นคำถามที่ค้างคาในหัวสมองมา เผ่าพันธุ์ของเรามาแสนนาน  จนกระทั้งเวลาล่วงเลยมาถึง ศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวไอริส นามว่า John Tyndall จึงสามารถอธิบายได้ว่า ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าได้ ด้วยทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ที่มีชื่อว่า ปรากฏการณ์ทินดอลล์ (Tyndall Effect) ที่ว่าแสงคลื่นสั้นเกิดการกระเจิงได้ดีกว่าแสงคลื่นยาวเมื่อไปกระทบกับอนุภาคแขวนลอยในของเหลว

เกี่ยวกับ ชั้นบรรยากาศ

ในชั้นบรรยากาศนั้นประกอบ ไปด้วยโมเลกุลของแก็ส(เป็นอนุภาคขนาดเล็ก) และ ฝุ่น ผง เถ้า ผลึกเกลือ ผลึกน้ำแข็ง ละอองน้ำ(กลุ่มนี้เป็นอนุภาคขนาดใหญ่)  ยิ่งใกล้ผิวโลก อนุภาคต่างๆในในบรรยากาศยิ่งหนาแน่น

เกี่ยวกับ แสง

แสง เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เดินทางเป็นคลื่น (รังสี) ตัวอย่างเช่นเสียงเป็นคลื่นสั่นสะเทือนของอากาศ ส่วนแสงเป็นคลื่นสั่นสะเทือนของไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (เรียกว่า Electromagnetic waves คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เดินทางในอวกาศด้วยความเร็ว 299,792 km/sec ความเร็วนี้เรียกว่า ความเร็วแสง )

รังสีของแสง มีพลังงานที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับ ความยาวคลื่น (wavelength) และความถี่(frequency)

ความยาวคลื่น คือ ระยะทางระหว่างยอดคลื่นสองจุด (ยอดบนกับยอดบน ส่วนถ้าเป็น ยอดล่างก็วัดกับยอดล่าง)

ความถี่ คือ คือจำนวนของคลื่นใน 1 วินาทีนั้นหมายความว่า รังสีที่มีความยาวคลื่นมากจะมีความถี่ต่ำ และมีพลังงานน้อย   ในทางตรงกันข้าม รังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นจะมีความถี่สูง และมีพลังงานมาก

แสงที่เราเห็นเป็นสีขาว ตามจริงถ้าส่องผ่านปริซึม จะมองเป็นเป็น หลายสี โดยสีม่วงมีคลื่นสั้นสุด และสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด

แสงที่เดินทางผ่านมาในชั้นบรรยากาศ รังสีคลื่นสั้น (พวกสี น้ำเงิน เขียว ม่วง) จะเกิดการกระเจิงเมื่อกระทบกับอนุภาคต่างๆในบรรยากาศ ทั่วทั้งท้องฟ้า จนอาบผืนฟ้าทั้งหมดเป็น สีฟ้า แสงสีฟ้าบางส่วนก็สะท้อนเข้าดวงตาเรา ทำให้เห็นเป็นสีฟ้า (ดังภาพประกอบ)   ส่วนแสงคลื่นยาว (พวกสีแดง เหลือง แสด) ที่ไม่เกิดการกระเจิงนั้นจะวิ่งไปในทิศทางที่พุ่งออกจากแนวสายตา ทำให้มีแสงในกลุ่มคลื่นยาวค่อนข้างน้อยที่เรามองเห็นฟ้า คุณก็จะเห็นแสงที่กระจายตัวออก ดังนั้นท้องฟ้าจึงดูเป็นสีฟ้า แล้วถ้าชั้นบรรยากาศของเราทำให้แสงสีฟ้ากระจายตัวได้มากกว่าแสงสีแดง คุณก็อาจจะสงสัยต่อไปว่า ทำไมท้องฟ้าเวลาพระอาทิตย์ตกถึงดูเป็นสีแดง คำอธิบายมีสองข้อด้วยกัน
ข้อแรก เวลาคุณมองพระอาทิตย์ตกดิน คุณกำลังมองไปที่ดวงอาทิตย์โดยตรง ไม่ได้มองไปที่อื่น ดังนั้นถึงแม้ว่าแสงสีฟ้าจะกระจายตัวไปทั่ว แต่คุณกำลังมองแสงสีแดงที่เข้มกว่าที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาสู่ตาของคุณโดยตร

ข้อสอง เป็นเพราะดวงอาทิตย์อยู่ในตำแหน่งที่ต่ำ ดังนั้นแสงจึงต้องเดินทางผ่านพื้นที่ของชั้นบรรยากาศที่มากกว่าตอนกลางวัน ซึ่งทำให้แสงต้องผ่านไอน้ำและฝุ่นละอองมากขึ้นด้วย ไอน้ำและฝุ่นในชั้นบรรยากาศจะดูดซับแสงสีฟ้าที่มีคลื่นสั้นกว่า และยอมให้แสงสีแดงที่มีคลื่นยาวผ่านได้โดยไม่ดูดซับไว้ เข้าสู่ตาของคุณโดยตรง
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้หลักของการดูดซับแสงนี้ เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์รอบๆดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างออกไปเป็นล้านๆปีแสง โมเลกุลต่างชนิดจะดูดแสงต่างความยาวคลื่นกัน ซึ่งปรากฏเป็นรูปแบบที่แตกต่างบนสเปกตรัม เหมือนกับลายนิ้วมือ ที่เราสามารถใช้เพื่อบ่งชี้ชนิดของโมเลกุลชนิดต่างๆได้  การที่เราวิเคราะห์ลายนิ้วมือจากแสงบนดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลออกไปนี้ ทำให้เราสามารถบอกได้ว่าชั้นบรรยากาศของดาวประกอบขึ้นมาจากอะไรบ้าง แม้ดาวนั้นจะอยู่ห่างออกไปเป็นพันๆล้านไมล์ ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์และฮับเบิล  เราหวังว่าวันหนึ่งเราจะสามารถบอกได้ว่าดาวเคราะห์ที่ไกลออกไปมีสิ่งมีชีวิตหรือไม่ เพียงแค่วิเคราะห์สเปกตรัมของดาวนั้น

ท้องฟ้าเป็นสีฟ้านั้นเกิดจากการกระเจิงแสงของโมเลกุลในชั้นบรรยากาศของโลก โดยเมื่อแสงขาวจากแสงแดดผ่านเข้ามายังชั้นบรรยากาศของโลกจะกระทบกับโมเลกุลแก๊ส และเกิดการกระเจิงแสงของโมเลกุล  เมื่อลำแสงจากดวงอาทิตย์ ผ่านบรรยากาศเข้ามาตรงศีรษะหรือเกือบตรงศีรษะ แสงที่เดิมทีเป็นสีขาวก็แยกตัวออกด้วยการกระเจิงกลายเป็นมีสีฟ้ามากกว่าสีอื่นๆ เพราะโมเลกุลของก๊าซในบรรยากาศของเราจะกระเจิงแสงสีฟ้าได้ดีกว่า โดยเฉพาะโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน และไนโตรเจน จะกระเจิงแสงสีฟ้าได้ดีกว่าสีแดงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าสีฟ้า แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจะกระเจิง (Scattering) ได้ดีในชั้นบรรยากาศ

ทำไมเราเห็นท้องฟ้าเป็นสีต่างๆ

แสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ ประกอบด้วย สีต่างๆ ของรุ้งกินน้ำ เคลื่อนที่ด้วยความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เมื่อแสงเดินทางมากระทบกับโมเลกุลของอากาศ ซึ่งมีขนาดที่เหมาะสมสำหรับสะท้อนแสงที่มีความยาวคลื่นสั้น (ส่วนใหญ่เป็นแสงสีฟ้า) โดยการสะท้อนแสงของโมเลกุลจะสะท้อนไปมาในทุกทิศทาง ทำให้เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า สำหรับสีที่เหลือก็ส่องผ่านทะลุมายังผิวโลก

ขอบคุณแหล่งข้อมูล

•   http://www.trueplookpanya.com/true/knowledge_youtube.php?youtube_id=436
•   http://www.manager.co.th/Around/ViewNews.aspx?NewsID=9490000059089
•   http://www.yp.co.th/2010-10-03-06-35-34/2010-10-03-06-42-21/92-2010-09-29-03-25-32.htm
•  http://wowboom.blogspot.com/2011/06/why-sky.html