Gökyüzü Neden Mavi?

3.12.2023

Delight Led Aydınlatma Sistemleri Genel Müdürü Turgay Pekgirgin

Bu Konuda, NASA araştırmacılarının çalışmalarını kısaca özetlemek istedim. Gökyüzünün neden mavi olduğunu anlamak için güneş ışığının doğasını ve atmosferimizi oluşturan gaz molekülleriyle nasıl etkileşime girdiğini dikkate almamız gerekir. İnsan gözüne beyaz görünen güneş ışığı gökkuşağının tüm renklerinin karışımıdır. Birçok amaç için güneş ışığı, güneş ışığı atmosferden geçerken hava moleküllerinin içindeki yüklü parçacıkların (elektronlar ve protonlar) yukarı ve aşağı salınmasına neden olan bir elektromanyetik dalga olarak düşünülebilir. Bu gerçekleştiğinde, salınan yükler, gelen güneş ışığıyla aynı frekansta, ancak tüm farklı yönlere yayılan elektromanyetik radyasyon üretir. Gelen güneş ışığının hava molekülleri tarafından yönlendirilmesine saçılma denir.

Görünür ışık spektrumunun mavi bileşeni, kırmızı bileşenden daha kısa dalga boylarına ve daha yüksek frekanslara sahiptir. Böylece, tüm renkteki güneş ışığı havadan geçerken, mavi kısım yüklü parçacıkların kırmızı kısma göre daha hızlı salınmasına neden olur. Salınım ne kadar hızlı olursa ışık da o kadar fazla saçılır, dolayısıyla mavi kırmızıdan daha güçlü şekilde saçılır. Görünür ışığın dalga boylarından çok daha küçük olan hava molekülleri gibi parçacıklar için fark dramatiktir. Yüklü parçacıkların ivmesi frekansın karesiyle, saçılan ışığın şiddeti ise bu ivmenin karesiyle orantılıdır. Dağınık ışık yoğunluğu bu nedenle frekansın dördüncü kuvvetiyle orantılıdır. Sonuç olarak mavi ışık diğer yönlere kırmızı ışıktan neredeyse 10 kat daha verimli bir şekilde saçılıyor.

Gökyüzünde güneşten uzakta rastgele bir noktaya baktığımızda sadece atmosferin görüş açımıza yönlendirdiği ışığı görürüz. Bu durum mavi ışıkta kırmızı ışıktan çok daha sık meydana geldiğinden gökyüzü mavi görünür. Mor ışık aslında maviden biraz daha güçlü bir şekilde dağılır. Ancak atmosfere giren güneş ışığının çoğu mordan ziyade mavidir ve gözlerimiz mavi ışığa mor ışıktan daha duyarlıdır, dolayısıyla gökyüzü mavi görünür.

Ufukta batan güneşe baktığımızda ise tam tersi olur. Yalnızca diğer yönlere dağılmayan ışığı görüyoruz. Güneş ışığının atmosferden dağılmadan geçen kırmızı dalga boyları gözümüze çok fazla ulaşırken, kuvvetli şekilde dağılan mavi ışık ise pek ulaşamaz. Güneş ışığının ufuktayken atmosferde kat ettiği mesafenin uzunluğu, etkiyi artırır; mavi ışığın saçılma olasılığı, güneş tepedeyken olduğundan daha fazladır. Böylece batan güneş kırmızımsı görünür. Kirli bir gökyüzünde, sülfat, organik karbon veya mineral tozundan oluşan küçük aerosol parçacıkları, mavi ışığın saçılımını daha da artırarak, kirli koşullarda gün batımını bazen muhteşem hale getirir.

Bulutlar ise görünür ışığın dalga boylarından çok daha büyük olan su damlacıklarından oluşur. Güneş ışığını nasıl dağıttıkları, ışığın bulut damlacıkları tarafından nasıl kırıldığı, dahili olarak nasıl yansıtıldığı ve çevresinde nasıl kırıldığıyla belirlenir. Bu parçacıklar için mavi ve kırmızı ışığın saçılımı arasındaki fark, gaz molekülleri için olduğu kadar büyük değildir. Bu nedenle, gözlerimiz görünür tüm dalga boylarında önemli miktarda dağınık ışık alır ve bu da özellikle mavi gökyüzü arka planına karşı bakıldığında bulutların maviden çok beyaz görünmesine neden olur.

Atmosferin saçılması gökyüzünün mavi olmasına neden olduğundan, atmosferi olmayan bir gezegenin gökyüzünün parlak olması mümkün değildir. Örneğin, Apollo astronotlarının ayda çektiği fotoğraflar, onları ve ayın yüzeyinin güneş ışığıyla yıkandığını, ancak güneşten uzakta her yönden tamamen karanlık bir gökyüzünü gösteriyor.

Yeni yılda güneşli günler dilerim.