Nhìn trời học vật lí

Tớ lớn từng này rồi mà giờ mới biết vì sao trời lại xanh và hoàng hôn lại đỏ. Bạn muốn biết vì sao không?

Lời giải thích nằm trong câu chuyện phiêu lưu của ánh sáng. Xuất phát từ mặt trời và điểm đến là mắt bạn, trên một hành trình dài như vậy, ánh sáng gặp vô số những chuyện li kì. Ví dụ như: 

Ánh sáng thực ra là một chùm màu sắc. Chúng ta có thể nhìn ra chùm màu sắc này khi ánh sáng bị khúc xạ qua một thấu kính. Nói giản dị thì, “khúc xạ” là bị bẻ gập, còn “thấu kính” đơn giản là chỗ hai chất trong suốt khác nhau gặp nhau. Ví dụ như hơi nước và không khí gặp nhau làm thành một thấu kính cho bạn nhìn thấy cầu vồng. 

Cầu vồng là chùm màu sắc của ánh sáng đã bị đập hộp và lột trần. Ánh sáng di chuyển như sóng, giống như nước trên mặt biển vậy. Có lúc các ngọn sóng xa nhau, lại có lúc chúng gần đến mức xô cả vào nhau. Các màu sắc là các bước sóng khác nhau, màu đỏ có bước sóng dài nhất, màu tím có bước sóng ngắn nhất. Thứ tự các màu trong dải cầu vồng chính là thứ tự theo độ dài bước sóng: đỏ > cam > vàng > lục > lam > chàm > tím

Lúc ánh sáng mặt trời chiếu qua khí quyển của Trái Đất, các tia sáng sẽ bị tán xạ, tức bị các phân tử khí bắn lung tung ra tứ phía. Bước sóng càng ngắn thì càng dễ bị tán xạ. Kết quả là, những gam màu lạnh được bắn tung ra nhiều hơn và đến được với mắt chúng ta dễ dàng hơn so với các gam màu nóng. Vào một ngày nắng to và không mây, ta sẽ thấy bầu trời có màu xanh lam. 

Sao không phải là màu chàm hay màu tím? Hai màu đó có bước sóng ngắn hơn cả màu lam và được tán xạ nhiều hơn, nhưng mắt chúng ta lại nhạy cảm với màu lam hơn. Nên cuối cùng ta vẫn nhìn ra trời có màu xanh da trời chứ không phải màu hoa cà. 

Vị trí của mặt trời so với Trái Đất cũng làm nên màu sắc của bầu trời. Nếu mặt trời ở ngay trên đỉnh đầu bạn, ánh sáng chỉ cần rơi thẳng qua lớp không khí là tới bạn. Nhưng khi nó nằm ngang ở đường chân trời thì ánh sáng phải lặn lội qua một con đường dài đầy không khí mới tới được mắt bạn. Qua con đường dài này, ánh sáng xanh bị tán xạ hết cả, chỉ còn lại màu đỏ vàng. Vì thế mà khi mặt trời mọc hay lặn, chúng ta có một trời bình minh/hoàng hôn đỏ.

Như vậy, màu xanh của bầu trời trên Trái Đất của chúng ta là do khí quyển mà có. Giờ thì bạn đã biết điều đó rồi, hãy thử nghĩ câu trả lời cho mấy câu hỏi sau đây xem sao: 

1. Vì sao mây lại trắng và nắng lại vàng?

2. Mặt trăng không có khí quyển, vậy bầu trời trên mặt trăng có màu gì?

3. Sao Hỏa có tông màu ngược lại so với Trái Đất: bầu trời bình thường có màu đỏ, bình minh/hoàng hôn lại có màu xanh lam. Vì sao lại như vậy?