Gökyüzü neden mavi, gün batımı neden kırmızı?

Kanca

15 Nisan 2015'te NASA'nın Curiosity keşif aracı, Mars'taki Gale kraterinden bir gün batımını fotoğrafladı. Gündüzleri sarımsı turuncu görünen Mars gökyüzü, Güneş ufka inerken değişti. Güneş'in çevresinde soğuk, mavimsi bir hale belirdi.

Mars'ta gün batımı mavidir. Dünya'da ise tam tersi olur: gündüz gökyüzü mavi, gün batımı kızıldır. İki gezegende de aynı Güneş ışığı parlıyor. Farkı yaratan, ışığın yolda karşılaştığı havadır.

Merkezi soru

Güneş ışığı atmosferden geçerken neden bazı renkleri ötekilerden daha çok dağıtır ve bu, gökyüzünün rengini nasıl belirler?

Anlatım

Beyaz ışığın içindeki renkler

Güneş'in beyaz ışığı, bir prizmanın ayırıp gösterdiği bütün renklerin karışımıdır. Bu ışık atmosfere girdiğinde havanın gaz molekülleriyle karşılaşır. Moleküller çok küçüktür; görünür ışığın dalga boyundan binlerce kat küçük. Işık bu küçük parçacıklara çarptığında bir kısmı yön değiştirip her yöne dağılır. Buna saçılma (scattering) denir.

Saçılma her rengi aynı ölçüde etkilemez. On dokuzuncu yüzyılda İngiliz fizikçi Lord Rayleigh (okunuşu "Lord Reyli"), küçük parçacıkların kısa dalga boylu ışığı uzun dalga boylu ışıktan çok daha güçlü saçtığını gösterdi. Dalga boyu yarıya indiğinde saçılma on altı kat artar. Mavi ışığın dalga boyu kırmızınınkinden kısa olduğu için mavi, kırmızıdan yaklaşık altı kat daha fazla saçılır. Bu olaya Rayleigh saçılması denir.

Mavi gökyüzü

Gündüz Güneş'e değil de gökyüzünün başka bir yerine baktığında, gözüne gelen ışık Güneş'ten doğrudan gelen ışık değildir. Havadaki moleküllerin yan yollara saptırdığı ışıktır. Saptırılan ışığın içinde mavi ağır bastığı için gökyüzü mavi görünür.

Mor ışığın dalga boyu maviden de kısadır ve daha da güçlü saçılır. Peki gökyüzü neden mor değil? Bunun birkaç sebebi var. Güneş ışığında mor, maviden daha az bulunur; morun bir kısmı atmosferin yukarı katmanlarında emilir; gözümüz de mora maviye göre çok daha az duyarlıdır. Bu etkiler bir araya gelince gökyüzünü mavi görürüz.

Ufka yakın yerlerde gökyüzü açık maviye, hatta beyaza döner. Ufuktan gelen ışık havada çok daha uzun bir yol aldığı için defalarca saçılmıştır. Bu saçılmalar renkleri yeniden karıştırır ve gözümüze daha soluk, beyazımsı bir ışık ulaşır.

Kızıl gün batımı

Güneş ufka yaklaştığında ışığının bize ulaşmak için geçmesi gereken hava katmanı çok kalınlaşır. Tepemizdeyken aştığı havadan onlarca kat daha uzun bir yol kat eder. Bu uzun yolculukta mavi ve mor ışık tekrar tekrar saçılarak yoldan ayrılır. Geriye çoğunlukla sarı, turuncu ve kırmızı ışık kalır.

Batan Güneş'in ve çevresindeki bulutların kızıla boyanmasının sebebi budur. Havada toz, duman ya da volkanik kül gibi parçacıklar çoğaldığında gün batımları daha da kızıl ve renkli olabilir. Ders 2.5'te gördüğümüz tam Ay tutulmasında Ay'ın bakır rengine bürünmesi de aynı olaydan kaynaklanır: Ay'a ulaşan ışık, Dünya'nın çevresindeki bütün gün batımlarının ve gün doğumlarının süzülmüş kızıl ışığıdır.

Bulutlar neden beyaz?

Bulutlar ise su damlacıklarından ve buz kristallerinden oluşur. Bu parçacıklar hava moleküllerinden çok daha büyüktür, ışığın dalga boyuyla kıyaslanabilir ya da ondan büyüktür. Büyük parçacıklar bütün renkleri aşağı yukarı eşit ölçüde saçar. Hiçbir renk öne çıkmadığı için bulutlar beyaz, kalın ve güneşi kesen bulutlar ise gri görünür.

Atmosfersiz bir gökyüzü

Atmosferi olmayan bir yerde gökyüzü nasıl görünür? Ay'ın havası yoktur, dolayısıyla ışığı saçacak molekül de yoktur. Ay'da Güneş gökyüzünde parlarken bile gökyüzü simsiyahtır. Güneş, siyah bir perdenin üzerinde parlayan göz kamaştırıcı bir disk gibi görünür.

Mars'ın ters renkleri

Mars'ın atmosferi çok incedir, ama havada asılı duran ince bir toz vardır. Bu toz parçacıkları hava moleküllerinden çok daha büyüktür ve ışığı farklı saçar. Gündüz, sarı ve kırmızı ışık gökyüzünün her yerine dağılır ve gökyüzü sarımsı turuncu görünür.

Tozun parçacıkları tam da mavi ışığın atmosferden biraz daha kolay geçmesini sağlayacak boyuttadır. Mavi ışık bu tozdan saçıldığında Güneş'in doğrultusuna yakın kalır, öbür renkler ise gökyüzünün geneline yayılır. Güneş ufka indiğinde ve ışığı uzun bir toz tabakasından geçtiğinde, Güneş'in çevresindeki bu mavi hale belirginleşir. Böylece Mars'ın gün batımları mavi olur.

Aslında…

Bir başka yanılgı da havanın kendisinin mavi renkli olduğunu sanmaktır. Hava renksiz ve saydamdır; yalnızca Güneş ışığını seçici biçimde saçtığı için büyük kalınlıklarda mavi görünür.

Büyük resim

Gökyüzünün rengi, bir gezegenin atmosferi hakkında bilgi verir. Moleküllerle dolu ve tozsuz bir atmosfer mavi bir gökyüzü, toz yüklü ve ince bir atmosfer sarımsı bir gökyüzü yaratır. Gökbilimciler başka yıldızların çevresindeki gezegenlerin atmosferlerini incelerken de ışığın bu atmosferlerde nasıl saçıldığına ve emildiğine bakar.

Bu modülde ışığın bir dalga ve bir parçacık olduğunu, tayfının geniş bir yelpaze oluşturduğunu, renginin sıcaklığı, çizgilerinin kimyayı, kaymasının hızı anlattığını gördük. Gökyüzünün mavisi de ışığın bize anlattığı bir hikâyedir: her gün tepemizde duran, havanın ve Güneş'in birlikte çizdiği bir resim.

Özet

1. Hava molekülleri Güneş ışığını saçar; kısa dalga boylu mavi ışık kırmızıdan yaklaşık altı kat fazla saçıldığı için gündüz gökyüzü mavi görünür.
2. Gün batımında Güneş ışığı çok kalın bir hava katmanından geçer; mavi yolda saçılarak ayrılır ve geriye turuncu ile kırmızı kalır.
3. Atmosferin bileşimi gökyüzünün rengini belirler: Ay'da gökyüzü siyah, tozlu Mars'ta gündüz sarımsı turuncu, gün batımında ise Güneş'in çevresi mavidir.

Görev

Quiz

1. Rayleigh saçılması nedir ve hangi rengi daha çok etkiler?
2. Gökyüzü neden mor değil de mavi görünür?
3. Gün batımında Güneş ve çevresi neden kızıl görünür?
4. Bulutlar neden beyaz görünür?
5. Mars'ta gün batımında Güneş'in çevresi neden mavidir?

Cevaplar

1. Işığın dalga boyundan çok küçük parçacıklar tarafından saçılmasıdır; kısa dalga boylu ışığı, yani maviyi ve moru, kırmızıdan çok daha güçlü saçar.
2. Güneş ışığında mor maviden az bulunur, morun bir kısmı atmosferin yukarı katmanlarında emilir ve gözümüz mora maviye göre daha az duyarlıdır.
3. Işık çok kalın bir hava katmanından geçer; mavi ve mor yolda saçılarak ayrılır ve geriye sarı, turuncu ve kırmızı kalır.
4. Bulutları oluşturan su damlacıkları ve buz kristalleri büyük parçacıklardır ve bütün renkleri aşağı yukarı eşit ölçüde saçar.
5. Mars'taki ince toz, mavi ışığın atmosferden biraz daha kolay geçmesini sağlar ve saçılan mavi ışık Güneş'in doğrultusuna yakın kalır; Güneş batarken bu mavi hale belirginleşir.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Bu modülde ışığı okumayı öğrendik; gökcisimlerinin bileşimini, sıcaklığını ve hızını bize ışık taşıdı. Ama o gökcisimlerini yörüngelerinde tutan, gezegenleri döndüren ve yıldızları bir arada tutan kuvvet ışıkla değil, kütleyle ilgilidir. Kütleçekimi yalnızca Dünya'nın bizi çekmesi mi, yoksa her kütle öbür her kütleyi çeker mi; kalemin, masanın, senin kendi bedeninin de bir çekimi var mı?