Bầu trời xanh thẳm là hình ảnh quen thuộc trong đời sống hằng ngày. Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi: Tại sao bầu trời lại có màu xanh? Và vì sao vào những thời điểm như bình minh hay hoàng hôn, bầu trời lại chuyển sang màu cam, đỏ hoặc tím? Câu trả lời không chỉ nằm ở vẻ đẹp của tự nhiên mà còn liên quan đến một hiện tượng vật lý đầy thú vị: tán xạ ánh sáng. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết hiện tượng này trong bài viết thiên nhiên địa lý dưới đây.
Tại sao bầu trời có màu xanh?
Theo phân tích của các nhà khoa học, bầu trời có màu xanh thường do những nguyên nhân cơ bản như sau:
Ánh sáng Mặt Trời không phải màu trắng thuần túy
Ánh sáng từ Mặt Trời nhìn bằng mắt thường có vẻ trắng, nhưng thực chất nó là hợp thành của nhiều bước sóng khác nhau – chính là các màu trong quang phổ: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mỗi màu này có một bước sóng khác nhau, từ ánh sáng đỏ (bước sóng dài ~700 nm) đến tím (bước sóng ngắn ~400 nm).
Ánh sáng Mặt Trời không phải màu trắng thuần túy
Tại sao bầu trời có màu xanh? – Tán xạ Rayleigh
Khi ánh sáng Mặt Trời đi vào khí quyển Trái Đất, nó va chạm với các phân tử khí như nitơ, oxy, cũng như bụi và hơi nước. Các va chạm này gây ra hiện tượng gọi là tán xạ.
Với các hạt nhỏ hơn bước sóng ánh sáng, hiện tượng tán xạ tuân theo quy luật gọi là tán xạ Rayleigh. Theo đó:
Ánh sáng có bước sóng ngắn (xanh lam, tím) bị tán xạ mạnh hơn ánh sáng có bước sóng dài (đỏ, cam).
Công thức toán học biểu thị mức độ tán xạ là:
I ∝ 1/λ⁴, với λ là bước sóng ánh sáng.
Như vậy, ánh sáng xanh (khoảng 475 nm) bị tán xạ gấp ~10 lần ánh sáng đỏ (~700 nm). Kết quả là, khi ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống, phần ánh sáng xanh bị tán xạ ra khắp bầu trời, khiến ta thấy bầu trời có màu xanh.
Vì sao không phải là màu tím?
Nếu ánh sáng tím có bước sóng ngắn hơn và bị tán xạ nhiều hơn, tại sao chúng ta không thấy bầu trời màu tím?
- Mắt người không nhạy với ánh sáng tím, nên phần lớn ánh sáng tím bị bỏ qua trong quá trình xử lý hình ảnh của não.
- Tầng ozone hấp thụ ánh sáng tím khá hiệu quả, khiến phần ánh sáng tím bị suy yếu đáng kể trước khi đến mắt.
Tại sao bầu trời có màu xanh?
Vì vậy, ánh sáng xanh lam trở thành thành phần chiếm ưu thế trong tầm nhìn của con người.
Tại sao bầu trời không xanh vào lúc hoàng hôn và bình minh?
Góc chiếu ánh sáng thay đổi
Vào giữa trưa, Mặt Trời nằm gần đỉnh đầu, ánh sáng đi qua lớp khí quyển mỏng nhất và phần lớn ánh sáng xanh bị tán xạ, khiến bầu trời hiện rõ màu xanh.
Tuy nhiên, vào lúc hoàng hôn hoặc bình minh, ánh sáng Mặt Trời đi qua khí quyển theo một góc nghiêng rất lớn, khiến quãng đường đi của ánh sáng trong khí quyển dài hơn gấp nhiều lần so với giữa trưa.
Ánh sáng xanh bị tán xạ hoàn toàn
Trong quá trình di chuyển xa như vậy, ánh sáng xanh (và tím) – vốn dễ bị tán xạ – bị phân tán gần như hoàn toàn và không đến được mắt người. Chỉ còn lại các bước sóng dài hơn như đỏ, cam và vàng có thể truyền đi đủ xa và tới mắt chúng ta.
Vì thế, vào những thời điểm này, ta thấy Mặt Trời và bầu trời xung quanh chuyển sang màu đỏ cam, thay vì màu xanh như ban ngày.
Hiệu ứng tán xạ Mie và ảnh hưởng từ môi trường
Ngoài tán xạ Rayleigh, còn có hiện tượng tán xạ Mie – xảy ra khi ánh sáng gặp các hạt bụi, sương mù hoặc giọt nước có kích thước tương đương hoặc lớn hơn bước sóng ánh sáng. Tán xạ Mie không phân biệt bước sóng nên ánh sáng trắng bị tán xạ đồng đều, khiến bầu trời trông xám trắng hoặc hồng nhạt vào những hôm nhiều mây hoặc ô nhiễm.
Khi hoàng hôn bầu trời thường có màu đỏ cam hoặc màu tím
Một số hiện tượng màu sắc thú vị khác của bầu trời
Sau khi tìm hiểu Tại sao bầu trời có màu xanh? chúng ta cùng phân tích những hiện tượng
Bầu trời trên các hành tinh khác
Màu sắc của bầu trời thay đổi tùy theo thành phần khí quyển. Ví dụ:
- Sao Hỏa: Bầu trời có màu vàng cam nhạt do bụi mịn trong khí quyển.
- Sao Kim: Dưới lớp khí quyển dày đặc CO₂ và axit sulfuric, ánh sáng bị khuếch tán mạnh và khó nhìn rõ.
- Mặt Trăng: Không có khí quyển → không có tán xạ → bầu trời đen tuyệt đối, dù ban ngày.
Cầu vồng – sự phân tách ánh sáng hoàn hảo
Cầu vồng là một hiện tượng mà ánh sáng Mặt Trời bị khúc xạ, phản xạ và phân tán qua các giọt nước trong không khí, tạo ra các dải màu quang phổ – chứng minh trực tiếp rằng ánh sáng trắng thực sự là sự kết hợp của nhiều màu sắc.
Hiện tượng bầu trời có màu xanh là kết quả của quá trình tán xạ Rayleigh, trong đó ánh sáng xanh bị phân tán nhiều hơn các màu khác khi đi qua khí quyển Trái Đất. Vào hoàng hôn và bình minh, ánh sáng phải đi xa hơn qua khí quyển, khiến màu xanh bị tán xạ hết và chỉ còn lại ánh sáng đỏ, cam đến được mắt chúng ta.
Sự thay đổi màu sắc của bầu trời không chỉ là vẻ đẹp của thiên nhiên mà còn là minh chứng cho những quy luật vật lý vô cùng tinh tế đang diễn ra quanh ta mỗi ngày.
Xem thêm: Phân tích 7 sắc cầu vồng là những màu nào chi tiết?
Xem thêm: Tại sao lại có hiện tượng thiên nhiên kỳ diệu cầu vồng?
Trên đây là một số thông tin chi tiết liên quan đến việc tìm hiểu tại sao bầu trời có màu xanh? Hy vọng những thông tin mà chúng tôi chia sẻ đã giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề thời tiết này.
