كيف تفسر سبب تغير لون السماء في الكثير من الأحيان؟

إذا حدث و نظرتَ إلى السماء في يومٍ صافٍ، ستلاحظ أن الشمس صفراء اللون وأن السماء زرقاء، ولكن حين تبدأ الشمس بالغياب عن طريق الإنخفاض خلف الأفق، فيمكن حينها للون الشمس و السماء أن يتغير بشكل كبير إلى الأحمر، البرتقالي، والأصفر. لكن لماذا يحدث كل هذا؟

إن الضوء المنبعث من الشمس هو ضوءُ أبيض اللون، ولكنه في الواقع يتكون بشكل أساسي عند تحليله لمكوناته الرئيسية من سبع موجات بألوان مختلفة، و التي اعتدنا أن نطلق عليها اسم "ألوان الطيف السبعة"، و هي تعداداً : الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، والأزرق، النيلي، و البنفسجي. إذا نظرنا إلى الشمس من الفضاء الخارجيّ فستبدو دائمًا بيضاء اللون. ولكن على الأرض، يقوم الغلاف الجوي بتشتيت بعض موجات الضوء القادمة من الشمس، و يسمى هذا  تشتت رايلي أو Rayleigh Scattering .


تشتت رايلي Rayleigh Scattering : هو أحد أنواع التشتت الضوئي الذي أطلق عليه أسمه تيمناً بالفيزيائي البريطاني الجنسية جون وليام رايلي، و هو تشتت مرن للضوء أو للأشعة الكهرومغناطيسية كمجمل، حيث تتشتت الأشعة كنتيجة لتأثير جسيمات أصغر من الطول الموجي للأشعة. يمكن أن يحدث هذا التتشتت عند انتقال الضوء في وسط شفاف صلب أو سائل، لكن في معظم الحالات يحدث في الغازات.

يؤثر تشتت رايلي على اللون الذي نراه في السماء. في الطيف الموجي، تكون الموجات في الطرف الأحمر من الطيف (أطول) من تلك التي  باللون الأزرق (الأقصر)، وهذا يعني أن الموجات الزرقاء أكثر عرضة لأن تقوم بصطدم الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي، فكلما كان الطول الموجي أقصر، إزدادت إحتمالية حدوث تصادم الموجة-الجسيم،و بالتالي تزداد احتمالية أن تتعرض للتشتت، لذا نحن نستطيع أن نرى السماء زرقاء خلال اليوم. 

ستبدو الشمس مصفرّة بسبب مجموعة الأطوال الموجية اللونية التي تتسبب بظهور هذا اللون. في الظهيرة ، قد تظهر الشمس أيضًا بيضاء، الضوء الأبيض القادم مباشرة من
الشمس لديه مسافة قصيرة "أقصر مسافة" يقطعها عبر الغلاف الجوي و فرصة أن يرتد عن الجسيمات تكون أقل ما يمكن.
 
عندما تغرب الشمس في سمائنا فإنه سيعيّن على الضوء أن يسافر مسافة أطول عبر الغلاف الجوي. يبدأ الضوء الأزرق بالتشتت لدرجة أنه لن ينتهي به المطاف بالوصول إلينا. و بالنسبة للأطوال الموجية البرتقالية الصفراء والحمراء فسيكون لها فرصة أكبر للتشتت عبر هذه الرحلة الأطول للضوء و لينتهي بها الحال وصولاً لعيوننا المراقبة. و كلما زاد نزول الشمس اختباءاً خلف الأفق كلما أصبحت السيطرة و الهيمنة للموجات ذات الأطوال الموجية الأطول. هذا هو السبب الذي يجعل ألوان الغروب تصبح أعمق أثر و داكنة اللون أكثر مع غروب الشمس أكثر في الأفق، فيتحول من الأصفر إلى البرتقالي وأخيراً درجات اللون الأحمر فقط.