لماذا السماء زرقاء والغروب أحمر؟ فيزياء الضوء ببساطة

سؤال يسأله كل طفل ويعجز كثير من الكبار عن إجابته: لماذا السماء زرقاء؟ وإذا كانت زرقاء نهارًا، فلماذا تتحول إلى أحمر برتقالي عند الغروب؟ الإجابة كلها في رحلة ضوء الشمس عبر الغلاف الجوي، وفي حقيقة بسيطة: الضوء الأبيض ليس أبيض، بل خليط من كل الألوان.

الضوء الأبيض ليس أبيض

ضوء الشمس الذي نراه أبيض هو خليط ألوان.

المفتاح لفهم لون السماء أن ضوء الشمس الأبيض ليس لونًا واحدًا، بل مزيج من ستة ألوان رئيسية: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والبنفسجي. نرى هذا حين ينكسر الضوء في قطرات المطر فيظهر قوس قزح، الذي هو ببساطة ضوء الشمس الأبيض وقد انفصلت ألوانه. كل لون من هذه الألوان موجة لها طول مختلف: الأحمر موجته طويلة، والأزرق موجته قصيرة. هذا الاختلاف في طول الموجة هو ما يقرّر كيف يتعامل كل لون مع جزيئات الهواء، وهو سرّ لون السماء كله. الضوء الواحد يحمل كل الألوان، والغلاف الجوي هو من يفرزها لأعيننا.

ومن هنا تبدأ القصة. حين يدخل ضوء الشمس غلافنا الجوي، يصطدم بجزيئات الهواء الصغيرة، فيتبعثر — أي ينحرف في كل الاتجاهات. لكن الجزيئات لا تبعثر كل الألوان بالتساوي، وهنا يكمن السرّ.

لماذا يفوز الأزرق نهارًا؟

الأزرق يتبعثر أكثر لأن موجته أقصر.

جزيئات الهواء تبعثر الضوء ذا الموجة القصيرة أضعافًا مقارنة بالضوء ذي الموجة الطويلة. أي أن الأزرق والبنفسجي يتبعثران في كل اتجاهات السماء أكثر من الأحمر والأصفر. النتيجة أن الضوء الأزرق ينتشر في كامل قبة السماء، فحين تنظر إلى أي جزء منها بعيدًا عن الشمس، يصلك هذا الأزرق المتبعثر من كل مكان. لهذا نرى السماء زرقاء: إنها الأزرق المتناثر في الهواء فوقنا. أما لماذا لا نراها بنفسجية رغم أن البنفسجي يتبعثر أكثر، فلأن الشمس تصدر أزرق أكثر من البنفسجي، وأعيننا أصلًا أكثر حساسية للأزرق. فيفوز الأزرق بالمشهد.

لاحظ أن الفارق كله في طول الموجة: القصيرة تتبعثر بسهولة فتنتشر، والطويلة تمرّ. هذه القاعدة البسيطة تفسّر لون السماء نهارًا، وهي نفسها تفسّر تحوّلها عند الغروب حين تتغير المسافة.

فلماذا يحمرّ الغروب؟

عند الغروب يقطع الضوء مسافة أطول في الجو.

حين تكون الشمس عالية ظهرًا، يعبر ضوؤها طبقة رقيقة نسبيًا من الغلاف الجوي. لكن عند الغروب تكون الشمس قريبة من الأفق، فيدخل ضوؤها بزاوية مائلة يقطع فيها مسافة أطول بكثير عبر الهواء قبل أن يصل إليك. في هذه الرحلة الطويلة يتبعثر الأزرق كله ويُشتَّت بعيدًا قبل أن يصلك، فلا يبقى منه شيء يصل عينك. أما الأحمر والبرتقالي، لأنهما يتبعثران أقل، فيخترقان هذه المسافة الطويلة ويصلان إليك. لهذا ترى الشمس والأفق عند الغروب بلون أحمر برتقالي: لأن الأزرق فُقِد في الطريق، ولم يبقَ إلا الألوان الطويلة الموجة. المسافة الأطول غربلت الأزرق وأبقت الأحمر.

• الضوء الأبيض خليط من كل الألوان.
• الأزرق يتبعثر أكثر فيملأ السماء نهارًا.
• عند الغروب يقطع الضوء مسافة أطول.
• فيُفقَد الأزرق ويبقى الأحمر والبرتقالي.

ماذا عن ألوان السماء الأخرى؟

القاعدة نفسها تفسّر كل ألوان السماء تقريبًا.

المبدأ نفسه — تبعثر الموجة القصيرة أكثر من الطويلة — يفسّر ألوانًا أخرى للسماء. السماء الرمادية في يوم غائم سببها أن قطرات الماء الكبيرة في السحب تبعثر كل الألوان بالتساوي، فلا يفوز لون فيبدو المزيج رماديًا أبيض. وحمرة الغروب تشتد وتزداد برتقالية حين يكثر الغبار أو التلوث في الهواء، لأن الجزيئات الإضافية تبعثر مزيدًا من الأزرق فيبقى الأحمر أنقى. حتى لون البحر وانعكاس السماء عليه جزء من القصة نفسها. قاعدة واحدة بسيطة عن طول الموجة والمسافة تفسّر تنوّع ألوان سمائنا على مدار اليوم والفصول.

وتبقى الخلاصة أن لون السماء ليس لونها هي، بل لون الضوء الذي يصل عينك بعد رحلته عبر الهواء. نهارًا يفوز الأزرق المتبعثر، وعند الغروب تغربل المسافة الطويلة الأزرق فيبقى الأحمر. فيزياء بسيطة عن طول الموجة والمسافة تفسّر أجمل مشهدين في سمائنا اليومية.