Waarom is de lucht blauw

Inleiding

De hemel overdag kleurt blauw en het heelal s'avonds is zwart. Waarom het heelal zwart is is voor de meeste mensen vaker veel makkelijker te verklaren dan waarom de hemel nou eigenlijk precies blauw is. In dit artikel zal je precies duidelijk worden uitgelegd waarom de hemel blauw kleurt. 

Het Heelal

Het heelal is zwart, omdat het leeg is en dus kleurloos is. Materie - de bouwsteen waaruit de (waarneembare) wereld is opgebouwd, heeft echter wel een bepaalde kleur vanwege de manier waarop het verschillende kleuren (zon)licht absorbeert, reflecteert of verstrooit. Bij afwezigheid van materie of licht is er dus geen reflectie of verstrooiing en dus zie je daarom zwart, wat de afwezigheid van het licht aangeeft. Om deze redenen is de lucht dus zwart als we hier s'avonds vanaf de aarde naar de lucht kijken.

De Hemel

Als we op een warme zomerdag naar de blauwe hemel kijken die we vanaf onze aarde zien is de lucht dus niet zwart maar heel anders, omdat we ons nu onder een luchtlaag bevinden waar we doorheen moeten kijken. Deze lucht bestaat uit allemaal verschillende kleine deeltjes die we moleculen noemen en de elektronen die gebonden zijn aan deze moleculen verstrooien het zonlicht dat erop schijnt. Dit verstrooien betekent dat een luchtmolecule een lichtdeeltje (foton) afbuigt en dus in een andere richting verder door stuurt. Op deze manier legt een foton een soort dronkenmans gang af door de lucht. Deze vorm van verstrooiing wordt het Rayleigh-verstrooiing (in het Engels en een vaker gebruikte term: Rayleigh scattering) genoemd.

Het blijkt zo te zijn dat het effect van Rayleigh-verstrooiing sterker is voor fotonen met een hoge frequentie ν of te wel een korte golflengte λ, namelijk met ongeveer ν4. Voor zichtbaar licht, en in normaal Nederlands betekent dit dat blauw licht sterker verstrooid wordt dan rood licht. Op een onbewolkte dag reist het meeste licht van de zon in een rechte lijn van de zon naar ons oog. Dat is de reden dat we de zon kunnen zien waar zij staat. Met name blauw licht wordt echter sterk verstrooid en dat betekent dat veel blauwe fotonen eerst een paar keer van richting veranderd worden voordat ze ons oog bereiken. Het gevolg is dus dat we deze blauwe fotonen van alle kanten zien komen, zodat de hemel in alle richtingen blauw lijkt.

Overigens is het zelfs ook nog zo dat ver afgelegen, besneeuwde bergen (want daar is het het best zichtbaar) een blauwachtige waas over zich heen hebben hangen. Deze blauwe waas is weer verstrooid zonlicht, en je zou kunnen zeggen dat de lucht tussen jou en die bergen blauw van kleur is (hoewel dus redelijk transparant).

Conclusie

De lucht kleurt overdag dus blauw, omdat fotonen (lichtdeeltjes) door luchtmoleculen in onze ogen schijnen. Deze fotonen hebben daarbij een bepaalde hoge frequentie heeft en vanuit allerlei richtingen onze ogen i komen. Door de bepaalde hoge frequentie wordt blauw licht sterk verstrooid, sterker dan rood licht, wat ook wel Rayleigh-verstrooiing (of in het Engels Rayleigh scattering) wordt genoemd.