علت آبی بودن آسمان چیست؟!

در یک روز آفتابی و بدون ابر، آسمان آبی است، زیرا قسمت آبی نور سفید خورشید به وسیله‌ی مولکول‌های هوا بیشتر به اطراف پراکنده می‌شوند. وقتی در هنگام غروب خورشید به آسمان نگاه می‌کنیم، آسمان به رنگ‌های قرمز و نارنجی است، زیرا قسمت آبی نور خورشید در طول مسیر پرتوها به اطراف پراکنده می‌شوند و از مسیر دید ما خارج شده‌اند.

برای درک بیشتر این موضوع به عکس ۱ نگاه کنید. توجه داشته باشید که این دو آدم، یکی خورشید را در حال غروب می‌بیند و دیگری خورشید را در بالای آسمان مشاهده می‌کند.
نور سفید خورشید مخلوطی از همه‌ی رنگ‌های تشکیل دهنده‌ی رنگین کمان است. این موضوع توسط ایزاک نیوتون نشان داده شده بود. او با استفاده از منشور توانست رنگ‌های مختلف را جدا کند و یک طیف تشکیل دهد. رنگ‌ها به وسیله‌ی طول موج‌های مختلف‌شان از هم تشخیص داده می‌شوند. بخش مرئی طیف در گستره‌ی نور قرمز با طول موج در حدود ۷۲۰نانومتر، تا بنفش با طول موج ۳۸۰نانومتر است؛ و رنگ‌های نارنجی، زرد، سبز، آبی و نیلی ما بین نور قرمز و بنفش قرار دارند. در شبکیه‌ی چشم انسان سه نوع مختلف از دریافت‌کننده‌های رنگی وجود دارد، که نسبت به طول موج‌های قرمز، سبز و آبی به شدت واکنش نشان می‌دهند. و در اصل باعث بینایی رنگی چشم ما می‌شوند.
اثر تین دال (effect tyndall)
گام‌های ابتدایی برای توصیف رنگ‌های آسمان به وسیله‌ی Jahn Tyndall در سال ۱۸۵۹ برداشته شد. او کشف کرد که وقتی نور از میان سطح شاره‌ی شفاف (خالص) عبور می‌کند، ذرات ریز معلق در شاره، طول موج‌های آبی را بیشتر از طول موج قرمز پخش می‌کنند. این مطلب را می‌توان به وسیله‌ی تابش پرتو نور سفید به مخزن آبی که کمی شیر یا صابون در آن مخلوط شده نشان داد. از یک طرف مخزن، پرتو به صورت رنگ آبی که منتشر می‌کند دیده می‌شود، اما بعد از اینکه پرتو مستقیما از میان مخزن عبور کرد، در انتهای آن قرمز دیده می‌شود.
همچنین با استفاده از یک صافی قطبیده شده (پلاریزه شده) می‌توان نور پخش شده را به صورت قطبیده درآورد. مثالی برای این موضوع زمانی است که از عینک آفتابی استفاده می‌کنیم. که در این صورت آسمان آبی پررنگ‌تر به نظر می رسد.
این پدیده به اثر تین دال شهرت دارد. اما این موضوع نزد فیزیکدانان به انتشار Ray Leigh معروف است. چرا که Lord Ray Leigh بر روی جزئیات این مطلب (رنگ آسمان) در سال‌های بعد بیشتر مطالعه کرد. او نشان داد که نور منتشر شده رابطه‌ی معکوس با توان چهارم طول موج برای ذرات ریز دارد، که این مطلب حاکی از آن است که نور آبی بیشتر از نور قرمز با عاملی در حدود ۱۰= ۴^۴۰۰/۷۰۰) پخش می شود. (۷۰۰ مربوط به طول موج نور قرمز و ۴۰۰ مربوط به طول موج نور بنفش است.)
گرد و غبار یا ذرات معلق ؟
Tyndall و Ray Leigh تصور می‌کردند که عامل اصلی رنگ آبی آسمان ذرات ریز گرد و غبار و قطرات کوچک آب موجود در جو است. حتی امروزه مردم گاهی به اشتباه رنگ آبی آسمان را به خاطر این دلیل می‌دانند.
دانشمندان بعدها پی بردند که اگر این موضوع صحت داشت، می‌بایستی شاهد تغییر رنگ آسمان در شرایط مرطوب یا غبارآلود باشیم. در نتیجه آنها به درستی فرض کردند که علت این پاشندگی وجود اکسیژن و نیتروژن در هوا برای پراکندگی به حساب می‌آید. این موضوع در نهایت به وسیله‌ی انیشتین در سال ۱۹۱۱ که فرمول‌های مفصلی برای پاشندگی نور از مولکول‌ها پیدا کرده بود به اثبات رسید. او حتی با مقایسه‌ و آزمایش توانست اثبات محکم‌تری از عدد آووگادرو ارائه دهد. مولکول‌ها توانایی پخش نور را داند، زیرا میدان الکترومغناطیسی نور، موجی به صورت دو قطبی الکتریکی لحظه‌ای القا می‌کند.
چرا آسمان بنفش نیست؟
اگر طول موج‌های کوتاه‌تر با شدت بیشتری پراکنده می‌شوند، این مساله مطرح می‌شود که چرا رنگ آسمان بنفش نیست؟ (یعنی رنگی با کوتاه‌ترین طول موج مرئی)
در عکس شماره‌ی ۳ می‌توانید شکل طول موج‌های آبی، سبز و قرمز را مشاهده کنید.
طیف نور گسیل شده از خورشید در تمام طول موج‌ها پیوسته نیست و توسط اتمسفرِ بالایی جذب می‌شود. بنابر این بنفش کمتری در نور وجود دارد. همچنین چشم‌های ما حساسیت کمتری به آن رنگ‌ها دارند. ادامه‌ی پاسخ به این مساله به عملکرد بینایی ما مربوط است.
در شبکیه‌ی چشم ما سه نوع از دریافت کننده‌های حساس به نور یا سلول مخروطی وجود دارد. این دریافت‌ کننده‌ها به سه نور قرمز، آبی و سبز حساس هستند. هنگامی که آنها به نسبت‌های مختلف تحریک می‌شوند، سیستم بینایی ما رنگ‌هایی که می‌بینیم را می‌سازد.