چرا آسمان آبی است؟ راز رنگ آبی آسمان از نگاه فیزیک

تا به حال شده وسط یک روز آفتابی به آسمان نگاه کنید و با خودتان بگویید: چرا آسمان آبی است؟ چرا رنگ آن آبی دیده می‌شود و مثلاً سبز، بنفش یا سفید نیست؟
خوبه که بدونید نور خورشید در واقع مجموعه‌ای از رنگ‌های مختلف است و تقریباً همان نوری است که وقتی از یک منشور عبور می‌کند، به رنگ‌های گوناگون تجزیه می‌شود.
پس اگر نور خورشید فقط یک نور سفید است، آبی بودن آسمان از کجا می‌آید؟
پاسخ این سؤال را باید در برخورد نور خورشید با مولکول‌های موجود در جو زمین جست‌وجو کنیم. پدیده‌ای که در این میان نقش اصلی را دارد، پراکندگی رایلی (Rayleigh scattering) نام دارد.
نور خورشید چه رنگی است؟
برای فهمیدن دلیل آبی بودن آسمان، ابتدا باید با خود نور خورشید آشنا شویم.
نور خورشید در ظاهر سفید به نظر می‌رسد، اما نور سفید در واقع ترکیبی از طول موج‌های مختلف نور مرئی است. چشم انسان بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی را به عنوان نور مرئی دریافت می‌کند.
این بخش شامل رنگ‌هایی مانند:
– قرمز- نارنجی- زرد- سبز- آبی- نیلی- بنفش
است.
هرکدام از این رنگ‌ها طول موج متفاوتی دارند. نور قرمز طول موج بلندتری دارد، در حالی که طول موج نور آبی و بنفش کوتاه‌تر است.
این تفاوت طول موج در داستان آبی بودن آسمان اهمیت بسیار زیادی دارد.
جو زمین چه نقشی در رنگ آسمان دارد؟
اگر زمین هیچ جوی نداشت، داستان کاملاً متفاوت بود.
تصور کنید روی ماه ایستاده‌اید. در آنجا آسمان حتی در وسط روز نیز سیاه دیده می‌شود؛ البته خورشید بسیار درخشان است.
دلیل این موضوع نبودن جو قابل‌توجه در ماه است.
روی زمین، نور خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین باید از لایه‌های مختلف جو عبور کند. جو زمین از گازهایی مانند نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده و همین مولکول‌های کوچک، مسیر نور خورشید را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
وقتی نور خورشید وارد جو می‌شود، بخشی از آن مستقیماً به سطح زمین می‌رسد و بخشی دیگر توسط مولکول‌های موجود در هوا در جهت‌های مختلف پراکنده می‌شود.
همین پراکندگی است که باعث می‌شود وقتی سرمان را در جهتی غیر از خورشید می‌گیریم، باز هم نور آسمان را ببینیم.

پراکندگی رایلی چیست؟
در فیزیک پدیده اصلی که توضیح می‌دهد چرا آسمان آبی است، پراکندگی رایلی نام دارد.
وقتی نور خورشید با مولکول‌های بسیار کوچک موجود در جو برخورد می‌کند، میدان الکتریکی نور باعث می‌شود الکترون‌های مولکول‌ها تحت تأثیر قرار بگیرند. این مولکول‌ها سپس می‌توانند نور را دوباره در جهت‌های مختلف منتشر کنند.
اما نکته مهم این است که همه رنگ‌ها به یک اندازه پراکنده نمی‌شوند.
مقدار پراکندگی به طول موج نور وابسته است و برای پراکندگی رایلی تقریباً با رابطه زیر متناسب است:
شدت پراکندگی ∝ ۱ / λ⁴
در این رابطه λ همان طول موج نور است.
این رابطه یک نتیجه بسیار جالب دارد:
هرچه طول موج کوتاه‌تر باشد، نور بسیار بیشتر پراکنده می‌شود.
از آنجا که نور آبی طول موج کوتاه‌تری نسبت به نور قرمز دارد، نور آبی در جو زمین بسیار بیشتر از نور قرمز پراکنده می‌شود.
به همین دلیل، وقتی به قسمت‌های مختلف آسمان نگاه می‌کنیم، مقدار زیادی نور آبی پراکنده‌شده از جهات مختلف به چشم ما می‌رسد.
و این همان دلیل اصلی آبی دیده شدن آسمان است.

چرا نور قرمز کمتر پراکنده می‌شود؟
برای درک بهتر موضوع، نور قرمز و آبی را مقایسه کنیم.
طول موج نور قرمز نسبتاً بلند است، در حالی که طول موج نور آبی کوتاه‌تر است.
طبق قانون پراکندگی رایلی، تغییر کوچک در طول موج می‌تواند تغییر بسیار بزرگی در میزان پراکندگی ایجاد کند، زیرا طول موج در توان چهارم وارد رابطه می‌شود.
بنابراین نور آبی و بنفش خیلی بیشتر از نور قرمز پراکنده می‌شوند.
در نتیجه، نور خورشید هنگام عبور از جو، دائماً با مولکول‌های هوا برهم‌کنش دارد و بخش زیادی از نور کوتاه‌موج در جهات مختلف پخش می‌شود.
به همین دلیل وقتی به آسمان نگاه می‌کنیم، نور آبی پراکنده‌شده به چشم ما می‌رسد.
اگر بنفش بیشتر پراکنده می‌شود، چرا آسمان بنفش نیست؟
این یکی از جالب‌ترین سؤال‌ها درباره رنگ آسمان است.
اگر طول موج کوتاه‌تر بیشتر پراکنده می‌شود، پس باید نور بنفش حتی بیشتر از نور آبی پراکنده شود.
در نتیجه شاید انتظار داشته باشیم آسمان بنفش باشد.
اما در عمل آسمان را آبی می‌بینیم.
چرا؟
چند عامل در این موضوع نقش دارند.
اول اینکه خورشید در مقایسه با

بخش آبی طیف، انرژی کمتری در ناحیه بنفش دارد.
دوم اینکه چشم انسان نسبت به نور آبی حساس‌تر از نور بنفش است.
سوم اینکه بخشی از تابش فرابنفش توسط جو زمین جذب می‌شود و بنابراین تمام انرژی کوتاه‌موج خورشید به شکل یکسان به چشم ما نمی‌رسد.
ترکیب این عوامل باعث می‌شود نتیجه نهایی برای دستگاه بینایی انسان بیشتر به صورت آبی دیده شود.
بنابراین پاسخ دقیق این نیست که «بنفش اصلاً پراکنده نمی‌شود». اتفاقاً بنفش به‌شدت پراکنده می‌شود؛ اما چشم انسان و ترکیب طیفی نور خورشید باعث می‌شوند آسمان برای ما عمدتاً آبی دیده شود.

چرا هنگام طلوع و غروب آسمان قرمز می‌شود؟
حالا یکی از زیباترین جلوه‌های این پدیده را بررسی کنیم.
اگر در یک روز معمولی به آسمان نگاه کنیم، بیشتر رنگ آبی می‌بینیم. اما هنگام طلوع و غروب خورشید، ناگهان رنگ‌های قرمز، نارنجی و طلایی ظاهر می‌شوند.
آیا خورشید در این زمان رنگش را تغییر می‌دهد؟
خیر.
نور خورشید تقریباً همان نور همیشگی است. چیزی که تغییر می‌کند، مسیر نور در جو زمین است.
هنگام ظهر، خورشید تقریباً بالای سر ما قرار دارد و نور برای رسیدن به سطح زمین مسیر نسبتاً کوتاهی را در جو طی می‌کند.
اما هنگام طلوع و غروب، نور خورشید با زاویه بسیار کم‌تری وارد جو می‌شود و برای رسیدن به چشم ما باید مسافت بیشتری را درون جو طی کند.
در این مسیر طولانی، نور آبی و دیگر نورهای کوتاه‌موج بارها پراکنده می‌شوند و از مسیر مستقیم نور خارج می‌شوند.
در نتیجه مقدار بیشتری از نورهای دارای طول موج بلندتر، یعنی قرمز و نارنجی، در مسیر مستقیم باقی می‌مانند و به چشم ما می‌رسند.
به همین دلیل است که در نزدیکی افق، خورشید و آسمان اطراف آن می‌توانند به رنگ نارنجی، قرمز یا طلایی دیده شوند.
چرا غروب خورشید گاهی بسیار قرمز است؟
احتمالاً متوجه شده‌اید که همه غروب‌ها شبیه هم نیستند.
گاهی خورشید فقط کمی نارنجی می‌شود و گاهی آسمان منظره‌ای کاملاً قرمز و چشمگیر پیدا می‌کند.
یکی از عوامل مهم در این تفاوت، وضعیت جو است.
ذرات موجود در هوا، گردوغبار، دود و ذرات معلق می‌توانند نحوه پراکندگی نور را تغییر دهند.
برای مثال، پس از یک رویداد آتشفشانی بزرگ، ورود مقدار زیادی ذرات به جو می‌تواند روی رنگ غروب‌ها در مناطق مختلف اثر بگذارد.
آلودگی هوا نیز می‌تواند ظاهر آسمان را تغییر دهد؛ البته نوع ذرات و اندازه آنها اهمیت زیادی دارد و نمی‌توان هر غروب قرمز را صرفاً به آلودگی نسبت داد.
بنابراین رنگ غروب نتیجه یک عامل واحد نیست، بلکه به شرایط جوی و نحوه عبور و پراکندگی نور بستگی دارد.
چرا آسمان در بعضی روزها سفید یا خاکستری دیده می‌شود؟
اگر دلیل آبی بودن آسمان پراکندگی نور باشد، پس چرا بعضی روزها آسمان کاملاً آبی نیست؟
ابرها یکی از مهم‌ترین دلایل هستند.
قطرات آب موجود در ابرها بسیار بزرگ‌تر از مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن موجود در هوا هستند. وقتی نور با چنین ذراتی برخورد می‌کند، پراکندگی آن دیگر مانند پراکندگی رایلی رفتار نمی‌کند.
رنگ‌های مختلف نور می‌توانند تقریباً به شکل مشابهی پراکنده شوند.
چون ترکیب این نورها به چشم ما تقریباً سفید دیده می‌شود، ابرها معمولاً سفید یا خاکستری دیده می‌شوند.
البته ضخامت ابر نیز مهم است. ابرهای ضخیم‌تر می‌توانند نور کمتری را به چشم ما برسانند و تیره‌تر به نظر برسند.
چرا آسمان در ارتفاعات تیره‌تر می‌شود؟
بهترین دبیران فیزیک ایران میگویند هرچه بالاتر برویم، مقدار هوایی که نور باید از آن عبور کند کمتر می‌شود.
به همین دلیل در ارتفاعات زیاد، آسمان می‌تواند بسیار تیره‌تر و عمیق‌تر از سطح زمین دیده شود.
این موضوع در ارتفاعات بسیار بالا به شکل واضح‌تری دیده می‌شود. در واقع هرچه از بخش متراکم جو دورتر شویم، تعداد مولکول‌هایی که می‌توانند نور را پراکنده کنند کاهش پیدا می‌کند.
در فضا، جایی که تقریباً هیچ جوّی وجود ندارد، این پراکندگی بسیار کم است و آسمان سیاه دیده می‌شود
چرا فضا سیاه است ولی زمین آسمان آبی دارد؟
این مقایسه یکی از بهترین راه‌ها برای فهمیدن نقش جو زمین است.
در فضا، نور خورشید همچنان وجود دارد و بسیار قدرتمند است. اما برای اینکه آسمان را روشن ببینیم، باید بخشی از نور در محیط پراکنده شود و از جهات مختلف به چشم برسد.
فضا تقریباً خالی است و مولکول‌های کافی برای پراکنده کردن نور وجود ندارد.
به همین دلیل اگر یک فضانورد در فضای بیرون از جو به خورشید نگاه کند، خورشید بسیار درخشان خواهد بود، اما پس‌زمینه آسمان سیاه باقی می‌ماند.
روی زمین، جو مانند محیطی است که نور خورشید در آن پراکنده می‌شود و همین موضوع باعث روشن و آبی دیده شدن آسمان می‌شود.
آیا آسمان همیشه آبی بوده است؟
نه لزوماً.
رنگ آسمان به ترکیب جو بستگی دارد.
اگر ترکیب گازهای موجود در جو زمین متفاوت بود، نحوه عبور و پراکندگی نور نیز می‌توانست تغییر کند.
حتی سیاره‌های دیگر منظره آسمانی متفاوتی دارند.
برای مثال، مریخ به دلیل شرایط خاص جو و وجود مقدار زیادی ذرات ریز گردوغبار، آسمانی با ظاهر متفاوت از زمین دارد.
بنابراین رنگ آسمان یک ویژگی ذاتی خود سیاره نیست؛ بلکه نتیجه تعامل نور ستاره، جو سیاره و نحوه دریافت نور توسط چشم یا ابزار مشاهده است.
آیا رنگ آسمان به چشم انسان هم مربوط است؟
بله.
این نکته بسیار مهم است.
رنگ چیزی نیست که فقط به خود نور یا جسم مربوط باشد؛ دستگاه بینایی و مغز ما نیز در تجربه رنگ نقش دارند.
چشم انسان دارای سلول‌های حساس به طول موج‌های مختلف نور است و مغز اطلاعات دریافتی را پردازش می‌کند.
به همین دلیل اگر موجودی با دستگاه بینایی متفاوت به آسمان نگاه کند، ممکن است تجربه متفاوتی از رنگ داشته باشد.
البته فیزیک پراکندگی نور مستقل از ادراک ماست؛ اما اینکه نتیجه این پراکندگی را «آبی» می‌نامیم، به سیستم بینایی انسان مربوط می‌شود.

برای تدریس خصوصی فیزیک و هماهنگی معلم خصوصی فیزیک اینجا کلیک کنید

یک آزمایش ساده برای فهمیدن پراکندگی نور:
برای درک بهتر مفهوم پراکندگی، می‌توان یک آزمایش ساده انجام داد.
اگر نور سفید را از یک محیط حاوی ذرات بسیار ریز عبور دهیم، بخشی از نور در جهات مختلف پراکنده می‌شود.
در آزمایش‌های آموزشی، معمولاً از یک ظرف آب و مقدار بسیار کمی ماده مناسب برای ایجاد ذرات ریز استفاده می‌شود و با تاباندن نور از کنار، می‌توان تغییر ظاهر نور را مشاهده کرد.
هدف چنین آزمایشی این است که نشان دهد نور هنگام عبور از یک محیط کاملاً خالی و بدون ذرات، با زمانی که در محیط دارای ذرات قرار دارد، رفتار یکسانی ندارد.
البته این آزمایش یک مدل ساده‌شده از جو زمین است و تمام پیچیدگی‌های واقعی پراکندگی نور در جو را بازسازی نمی‌کند.

پاسخ کوتاه به سؤال «چرا آسمان آبی است؟»
اگر بخواهیم تمام این بحث را در چند جمله خلاصه کنیم:
نور خورشید از رنگ‌های مختلف تشکیل شده است. وقتی این نور وارد جو زمین می‌شود، با مولکول‌های گازهای موجود در جو برهم‌کنش پیدا می‌کند. نورهای دارای طول موج کوتاه‌تر، به‌ویژه در ناحیه آبی، بیشتر از نورهای دارای طول موج بلندتر پراکنده می‌شوند. نور آبی پراکنده‌شده از جهات مختلف به چشم ما می‌رسد و به همین دلیل آسمان در طول روز عمدتاً آبی دیده می‌شود.
در هنگام غروب و طلوع، نور مسیر طولانی‌تری را در جو طی می‌کند. در این مسیر بخش بیشتری از نور آبی پراکنده می‌شود و نورهای قرمز و نارنجی سهم بیشتری در نوری که مستقیماً به چشم ما می‌رسد پیدا می‌کنند.
جمع‌بندی؛ آسمان آبی یک اتفاق ساده اما شگفت‌انگیز است
آبی بودن آسمان یکی از آن پدیده‌هایی است که تقریباً هر روز آن را می‌بینیم، اما شاید کمتر به دلیل علمی آن فکر کنیم.
پشت این رنگ ساده، مجموعه‌ای از مفاهیم مهم فیزیک قرار دارد: نور، طول موج، طیف الکترومغناطیسی، مولکول‌های جو، پراکندگی رایلی و نحوه عملکرد چشم انسان.
خورشید نور سفید تولید می‌کند، اما وقتی این نور وارد جو زمین می‌شود، مولکول‌های بسیار کوچک موجود در هوا باعث می‌شوند رنگ‌های مختلف با شدت‌های متفاوتی پراکنده شوند. نور آبی به دلیل طول موج کوتاه‌تر، بسیار بیشتر از نور قرمز پراکنده می‌شود و همین نور پراکنده‌شده از جهات مختلف وارد چشم ما می‌شود.
از طرف دیگر، هنگام طلوع و غروب، مسیر نور در جو طولانی‌تر می‌شود. نور آبی در این مسیر بیشتر از خط مستقیم خارج می‌شود و در نتیجه رنگ‌های دارای طول موج بلندتر، مانند قرمز و نارنجی، بیشتر به چشم ما می‌رسند.
بنابراین دفعه بعد که به آسمان آبی نگاه کردید، به یاد داشته باشید که این رنگ زیبا فقط یک منظره ساده نیست؛ بلکه نتیجه یک پدیده فیزیکی ظریف است که در مقیاس میلیون‌ها مولکول در جو زمین اتفاق می‌افتد.
پس پاسخ سؤال «چرا آسمان آبی است؟» را می‌توان در یک عبارت خلاصه کرد: پراکندگی انتخابی نور خورشید توسط مولکول‌های جو زمین.
و شاید جالب‌ترین بخش ماجرا این باشد که همان پدیده‌ای که در یک ظهر آرام، آسمان را آبی می‌کند، چند ساعت بعد می‌تواند در هنگام غروب رنگ‌های قرمز، نارنجی و طلایی را به آسمان هدیه دهد.

چرا آسمان آبی است به زبان کودکان:

در ادامه این مقاله مجددا دلیل آبی بودن آسمان را براتون توضیح میدهم ولی اینبار با ادبیاتی کودکانه برای توضیح به بچه های کوچکتر

چرا آسمان آبی است و چرا آسمان مریخ قرمز؟
اول، یک سؤال ساده
یک بچه از پنجره به بیرون نگاه می‌کند و می‌پرسد: «چرا آسمان آبی است؟»
این سؤال، ساده به نظر می‌رسد. اما جوابش، یکی از قشنگ‌ترین داستان‌های علم است. داستانی که هم به خورشید مربوط می‌شود، هم به هوا، هم به چشم خودمان.
و اگر همان کودک بپرسد «چرا آسمان مریخ قرمز است؟»، داستان حتی قشنگ‌تر می‌شود. چون جواب این دو سؤال، در یک چیز مشترک است: اندازه ذره‌ها.
بیایید از اول شروع کنیم.
نور خورشید، سفید است. اما سفید یعنی چه؟
خورشید برای ما نور می‌فرستد. آن نور، سفید است.
اما سفید، خودش یک رنگ نیست. سفید یعنی همه رنگ‌ها با هم. یعنی اگر همه رنگ‌های دنیا را قاطی کنی، سفید می‌شود.
نیوتن این را کشف کرد. او نور خورشید را از یک منشور شیشه‌ای عبور داد. منشور، نور سفید را باز کرد. مثل اینکه یک بسته را باز کنی و ببینی داخلش چیست.
داخلش این‌ها بود: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش.
همان چیزی که در رنگین‌کمان می‌بینیم. رنگین‌کمان، همان نور خورشید است که در قطره‌های باران باز شده.
پس نور خورشید، در واقع یک بسته رنگ است. ما آن را سفید می‌بینیم. اما اگر باز شود، رنگ‌هایش پیدا می‌شوند.
هر رنگ، یک موج است
حالا یک قدم جلوتر برویم.
هر رنگی که در آن بسته بود، یک موج است. مثل موج دریا. اما خیلی خیلی کوچک.
موج‌ها با هم فرق دارند. بعضی موج‌ها بلندترند. بعضی کوتاه‌تر.
به این بلندی، می‌گویند طول موج.
قرمز، طول موج بلند دارد. مثل یک موج بزرگ دریا.
آبی، طول موج کوتاه دارد. مثل موج‌های ریز و تند.
بنفش، از همه کوتاه‌تر است.
بقیه رنگ‌ها بین این‌ها هستند.
حالا نور خورشید به آسمان می‌رسد
نور خورشید از فضا می‌آید. می‌رسد به هوای زمین.
هوا، پر از چیزهای خیلی خیلی ریز است. آنقدر ریز که با چشم دیده نمی‌شوند.
اسم این چیزهای ریز، مولکول است. مولکول‌های هوا.
از این مولکول‌ها، هوا ساخته شده. همان هوایی که نفس می‌کشیم.
نور به مولکول می‌خورد. بعد چه می‌شود؟
اینجا مهم‌ترین قسمت ماجراست. خوب دقت کن.
نور خورشید، یک بسته رنگ است. وقتی به مولکول‌های هوا می‌خورد، این رنگ‌ها یک‌جور رفتار نمی‌کنند.
رنگ آبی، خیلی بازیگوش است. تا به مولکول می‌خورد، می‌پرد این طرف و آن طرف. از مسیرش منحرف می‌شود. می‌رود همه جای آسمان.
رنگ قرمز، آرام‌تر است. به مولکول می‌خورد، اما کمتر می‌پرد. بیشتر مستقیم می‌رود.
پس آبی، این طرف و آن طرف می‌پرد. قرمز، راهش را مستقیم می‌رود.
به این پریدن، می‌گویند «پخش»
پخش، یعنی همین. یعنی نور، از مسیر مستقیمش خارج می‌شود و به اطراف می‌رود.
حالا تصور کن. نور خورشید دارد می‌آید. آبی، توی آسمان پخش می‌شود. قرمز، مستقیم می‌آید.
وقتی به آسمان نگاه می‌کنی، آن آبی‌ای که پخش شده را می‌بینی. چون همه جای آسمان پر از آبی پخش‌شده است.
قرمز، مستقیم آمده. به همین دلیل خورشید را زرد می‌بینی، نه آبی.
چرا آبی بیشتر می‌پرد؟
خوب، سؤال خوبی است. چرا آبی بیشتر می‌پرد؟
چون آبی، موج کوتاه دارد. موج کوتاه، ریز و تند است. مثل بچه‌ای که تندتند می‌دود و این طرف و آن طرف می‌رود.
قرمز، موج بلند دارد. موج بلند، آرام و کشیده است. مثل بچه‌ای که آرام راه می‌رود و مستقیم می‌رود.
مولکول‌های هوا، با موج‌های کوتاه بیشتر بازی می‌کنند. با موج‌های بلند کمتر.
به همین دلیل آبی، بیشتر پخش می‌شود. قرمز، کمتر.
یک مثال ساده
فرض کن توی یک اتاق ایستاده‌ای. یک توپ کوچک و یک توپ بزرگ داری.
توپ کوچک را پرت می‌کنی. به دیوار می‌خورد و می‌پرد این طرف و آن طرف. همه جای اتاق می‌رود.
توپ بزرگ را پرت می‌کنی. به دیوار می‌خورد، اما سنگین است. کمتر می‌پرد. بیشتر مستقیم می‌رود.
نور آبی، مثل توپ کوچک است. نور قرمز، مثل توپ بزرگ.
مولکول‌های هوا، مثل دیوار آن اتاق هستند. دیوارهای کوچک.
پس چرا آسمان را آبی می‌بینیم؟
چون آبی، توی آسمان پخش شده. همه جا هست. بالای سرت، جلوی چشمت، اطرافت.
وقتی به آسمان نگاه می‌کنی، آن آبی‌های پخش‌شده را می‌بینی.
قرمز، پخش نشده. مستقیم آمده. به همین دلیل آسمان را آبی می‌بینی، نه قرمز.
یک آزمایش، خودت انجام بده
این را می‌توانی خودت امتحان کنی. وسایلش هم ساده است.
یک لیوان بردار. پر از آب کن.
چند قطره شیر به آن اضافه کن. فقط چند قطره. آب باید کمی شیری شود.
حالا یک چراغ‌قوه بردار. آن را از کنار لیوان به آب بتابان.
از روبه‌رو نگاه کن. می‌بینی که نور، آبی به نظر می‌رسد.
حالا از طرف دیگر نگاه کن. از سمتی که نور خارج می‌شود. می‌بینی که نور، نارنجی یا قرمز به نظر می‌رسد.
این آزمایش چه چیزی را نشان می‌دهد؟
قطره‌های شیر، مثل مولکول‌های هوا هستند. خیلی ریز. آنقدر ریز که دیده نمی‌شوند.
نور چراغ‌قوه، مثل نور خورشید است. سفید است. همه رنگ‌ها را دارد.
وقتی نور به قطره‌های شیر می‌خورد، آبی پخش می

‌شود. به همین دلیل از کنار، آبی می‌بینی.
قرمز پخش نمی‌شود. مستقیم می‌رود. به همین دلیل از روبه‌رو، قرمز می‌بینی.
این همان چیزی است که در آسمان می‌افتد. زمین، لیوان است. هوا، آب شیری. خورشید، چراغ‌قوه.
چرا غروب، آسمان قرمز است؟
حالا می‌فهمی چرا غروب، آسمان قرمز می‌شود.
غروب، خورشید نزدیک افق است. نور آن باید از راه طولانی‌تری بگذرد. باید از ضخامت بیشتری از هوا عبور کند.
در این راه طولانی، آبی بیشتر پخش می‌شود. آنقدر پخش می‌شود که دیگر به چشم ما نمی‌رسد.
آنچه می‌رسد، قرمز و نارنجی است. به همین دلیل غروب، آسمان قرمز و نارنجی می‌شود.
چرا آسمان شب سیاه است؟
شب، خورشید نیست. نوری نیست که پخش شود.
ستاره‌ها و ماه، نور کمی می‌دهند. اما آن نور، آنقدر کم است که پخشش دیده نمی‌شود.
به همین دلیل آسمان شب، سیاه است.
اگر جو زمین نبود، حتی در روز هم آسمان سیاه بود. فضانوردها در فضا، آسمان را سیاه می‌بینند. چون آنجا هوا نیست که نور را پخش کند.
چرا آسمان کوه آبی‌تر است؟
در کوه، هوا رقیق‌تر است. مولکول‌های کمتری هستند.
اما همان مولکول‌های کم، آبی را بیشتر پخش می‌کنند. به همین دلیل آبی کوه، خالص‌تر و عمیق‌تر است.
چرا آسمان شهر خاکستری است؟
در شهر، هوا پر از گرد و غبار و دود است.
این ذره‌ها، بزرگ‌تر از مولکول‌های هوا هستند. رفتارشان فرق می‌کند. آن‌ها همه رنگ‌ها را به یک اندازه پخش می‌کنند.
به همین دلیل آسمان شهر، خاکستری یا سفید است. آبی‌اش زیر گرد و غبار گم می‌شود.
چرا آسمان بنفش نیست؟
بنفش، طول موج کوتاه‌تری از آبی دارد. پس باید بیشتر از آبی پخش شود. پس چرا آسمان بنفش نیست؟
سه دلیل دارد.
اول، خورشید نور بنفش کمتری می‌فرستد. بیشتر نور آن آبی است.
دوم، چشم ما به آبی حساس‌تر است از بنفش. یعنی حتی اگر بنفش باشد، چشم ما آن را کمتر می‌بیند.
سوم، لایه‌ای از جو، بنفش را جذب می‌کند. به همین دلیل بنفش به چشم ما نمی‌رسد.
حالا برویم به مریخ
مریخ، سیاره سرخ است. از زمین که به آن نگاه می‌کنی، یک نقطه قرمز می‌بینی. به همین دلیل اسمش را گذاشته‌اند مریخ. یعنی سرخ.
اما چرا خود مریخ قرمز است؟ چون خاک آن پر از آهن است. آهن، وقتی زنگ می‌زند، قرمز می‌شود. خاک مریخ، پر از آهن زنگ‌زده است. به همین دلیل خود مریخ قرمز است.
حالا سؤال ما این است: چرا آسمان مریخ هم قرمز است؟
مریخ هم هوا دارد. اما نه مثل زمین
زمین، هوا دارد. هوای زمین پر از نیتروژن و اکسیژن است. این‌ها مولکول‌های ریز و شفاف‌اند. دیده نمی‌شوند.
مریخ هم هوا دارد. اما هوای مریخ خیلی رقیق‌تر است. یعنی مولکول‌هایش کمترند. آنقدر کم که اگر آنجا باشی، نمی‌توانی نفس بکشی. هوای مریخ، تقریباً هیچ است.
اما همین هوای کم، یک چیز زیاد دارد: گرد و غبار.
گرد و غبار مریخ چیست؟
مریخ، سطحش پر از خاک و سنگ است. بادهای مریخ، این خاک را بلند می‌کنند. خاک، می‌رود توی هوا. همه جا پخش می‌شود.
این گرد و غبار، خیلی ریز است. اما نه به ریزه‌ای مولکول. بزرگ‌تر است. به اندازه‌ای که در هوا معلق می‌ماند. گاهی آنقدر زیاد می‌شود که کل مریخ را می‌پوشاند. به این حالت می‌گویند طوفان گرد و غبار.
روی زمین هم گرد و غبار داریم. در بیابان، در شهر، در طوفان شن. اما گرد و غبار مریخ، خیلی بیشتر است. چون مریخ خشک است. آبی نیست که خاک را بخواباند. باد، هرچه خاک را بلند می‌کند، همان‌جا می‌ماند.
حالا نور خورشید به این گرد و غبار می‌خورد
نور خورشید، همان بسته رنگ است. همان قرمز و نارنجی و زرد و سبز و آبی و نیلی و بنفش.
وقتی این نور به مریخ می‌رسد، به گرد و غبار می‌خورد.
اینجا یک تفاوت مهم با زمین هست.
تفاوت مهم: مولکول یا گرد و غبار؟
روی زمین، نور به مولکول‌های هوا می‌خورد. مولکول‌ها خیلی ریزند. آنقدر ریز که فقط با رنگ‌های کوتاه موج بازی می‌کنند. یعنی آبی را پخش می‌کنند. به همین دلیل آسمان زمین آبی است.
روی مریخ، نور به گرد و غبار می‌خورد. گرد و غبار، بزرگ‌تر از مولکول است. خیلی بزرگ‌تر.
وقتی ذره‌ها بزرگ باشند، رفتارشان فرق می‌کند. آن‌ها دیگر فقط آبی را پخش نمی‌کنند. همه رنگ‌ها را پخش می‌کنند. اما نه به یک اندازه.
گرد و غبار مریخ، رنگ قرمز و نارنجی را بیشتر پخش می‌کند. رنگ آبی را کمتر.
چرا گرد و غبار، قرمز را بیشتر پخش می‌کند؟
این برعکس چیزی است که روی زمین اتفاق می‌افتد.
روی زمین، مولکول‌های ریز، آبی را بیشتر پخش می‌کنند. چون آبی موج کوتاه دارد و با ذره‌های ریز بیشتر بازی می‌کند.
روی مریخ، گرد و غبار، قرمز را بیشتر پخش می‌کند. چون قرمز موج بلند دارد و با ذره‌های بزرگ‌تر بیشتر بازی می‌کند.
به این پدیده می‌گویند «پخش می». اسمش را از دانشمندی گرفته‌اند که آن را کشف کرد: گوستاو می، فیزیک‌دان آلمانی.
پخش می چیست؟ با یک مثال ساده
فرض کن توی یک اتاق ایستاده‌ای. دو توپ داری. یک توپ کوچک و یک توپ بزرگ.
توپ کو

چک را پرت می‌کنی. به یک دیوار کوچک می‌خورد. می‌پرد این طرف و آن طرف. همه جای اتاق می‌رود.
توپ بزرگ را پرت می‌کنی. به یک دیوار بزرگ می‌خورد. کمتر می‌پرد. بیشتر مستقیم می‌رود.
حالا فرض کن دیوارها فرق کنند.
اگر دیوارها خیلی کوچک باشند، توپ کوچک بیشتر بازی می‌کند. توپ بزرگ، از کنارشان رد می‌شود.
اگر دیوارها بزرگ باشند، توپ بزرگ هم بازی می‌کند. توپ کوچک هم.
روی زمین، مولکول‌های هوا مثل دیوارهای کوچک‌اند. فقط با توپ کوچک (آبی) بازی می‌کنند.
روی مریخ، گرد و غبار مثل دیوارهای بزرگ‌اند. با توپ بزرگ (قرمز) هم بازی می‌کنند.
پس چرا آسمان مریخ قرمز است؟
چون گرد و غبار مریخ، قرمز و نارنجی را پخش می‌کند. این قرمز و نارنجی، همه جای آسمان مریخ پخش می‌شود.
وقتی به آسمان مریخ نگاه می‌کنی، آن قرمز و نارنجی پخش‌شده را می‌بینی.
آبی، کمتر پخش می‌شود. بیشتر مستقیم می‌رود. به همین دلیل آسمان مریخ را قرمز می‌بینی.
خورشید مریخ، آبی است
حالا یک چیز عجیب. اگر در مریخ باشی و به خورشید نگاه کنی، خورشید را آبی می‌بینی.
چرا؟
چون قرمز پخش شده و به اطراف رفته. آنچه مستقیم به چشم تو می‌رسد، آبی است.
دقیقاً برعکس زمین. روی زمین، خورشید زرد است و آسمان آبی. روی مریخ، خورشید آبی است و آسمان قرمز.
مریخ غروب هم دارد
مریخ غروب هم دارد. اما غروب مریخ، آبی است.
چرا؟
چون غروب، نور خورشید باید از راه طولانی‌تری بگذرد. در این راه، قرمز بیشتر پخش می‌شود. آنچه می‌رسد، آبی است.
به همین دلیل غروب مریخ، آبی است. برعکس غروب زمین که قرمز است.
چرا آسمان مریخ گاهی آبی می‌شود؟
گاهی بعد از طوفان گرد و غبار، آسمان مریخ آبی می‌شود.
چرا؟
چون گرد و غبار فرو نشسته. هوا تمیزتر شده. حالا مولکول‌های کم هوا، مثل زمین عمل می‌کنند. آبی را پخش می‌کنند.
به همین دلیل آسمان مریخ، بعد از طوفان، آبی می‌شود. اما نه برای همیشه. دوباره گرد و غبار بلند می‌شود و آسمان قرمز می‌شود.
حالا همه چیز را کنار هم بگذاریم
زمین: مولکول‌های ریز هوا، آبی را پخش می‌کنند. آسمان آبی است. خورشید زرد است. غروب قرمز است.
مریخ: گرد و غبار بزرگ، قرمز را پخش می‌کند. آسمان قرمز است. خورشید آبی است. غروب آبی است.
تفاوت، فقط در یک چیز است: اندازه ذره‌ها.
زمین، ذره‌های ریز دارد. مریخ، ذره‌های بزرگ.
ذره‌های ریز، آبی را پخش می‌کنند. ذره‌های بزرگ، قرمز را پخش می‌کنند.
یک آزمایش برای هر دو
برای زمین: یک لیوان آب بردار. چند قطره شیر به آن اضافه کن. چراغ‌قوه را از کنار بتابان. نور آبی می‌شود. این آسمان زمین است.
برای مریخ: یک لیوان آب بردار. چند قاشق خاک یا پودر کاکائو به آن اضافه کن. چراغ‌قوه را از کنار بتابان. نور قرمز و نارنجی می‌شود. این آسمان مریخ است.
چرا این مهم است؟
این دو سؤال، فقط سؤال کودکانه نیستند.
جوابشان، ما را به مولکول‌ها می‌برد. به موج نور. به چشم انسان. به جو زمین. به مریخ.
و نشان می‌دهد که چطور یک چیز کوچک، مثل اندازه ذره، می‌تواند رنگ یک سیاره را عوض کند.
زمین و مریخ، دو سیاره همسایه‌اند. اما آسمانشان فرق می‌کند.
زمین، آبی. مریخ، قرمز.
دلیلش فقط یک چیز است: اندازه ذره‌ها.