Why The Sky is Blue? ทำไมท้องฟ้าถึงมีสีฟ้า
“ทำไมท้องฟ้าถึงมีสีฟ้า”
นี่คงจะเป็นคำถามยอดนิยมของเด็ก ๆ ตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน คำตอบที่เรามักจะได้ก็คือ มันเป็นธรรมชาติของท้องฟ้าอยู่แล้ว หรือช่วงแสงสีฟ้าไม่สามารถฝ่าชั้นบรรยากาศมาถึงเราได้ มันจึงค้างอยู่บนชั้นบรรยากาศ หรือแม้กระทั่งสีฟ้าเป็นสีของละอองน้ำที่อยู่บนชั้นบรรยากาศ ซึ่งคุณคิดว่าคำตอบเหล่านี้ถูกต้องแล้วจริงหรือ?
ในทางวิทยาศาสตร์ เรารู้จักทฤษฎีหนึ่งที่ช่วยอธิบายปรากฏการณ์ที่ท้องฟ้ามีสีฟ้าได้เป็นอย่างดี ทฤษฎีนั้นชื่อว่า การกระเจิงแบบเรย์เลย์ ( Rayleigh Scattering )
แสงขาว เช่น แสงแดด ประกอบด้วยทุกสีในสายรุ้ง ซึ่งแต่ละสีจะมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันไป เวลาแสงขาวกระทบอนุภาคเล็ก ๆ เช่น ละอองน้ำ แสงจะกระเจิงออกไปในทิศทางต่างกัน โดยปกติแล้ว สีน้ำเงินหรือสีฟ้าจะเบนออก ได้มากกว่าสีแดง
ในทางฟิสิกส์เราเรียกปรากฏการณ์แบบนี้ว่าการกระเจิงแบบเรย์เลย์ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแสงขาวพุ่งชนกับของอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 1/10 micron ( เทียบได้กับสิ่งที่มีขนาดเล็กกว่าเส้นผมถึงหนึ่งพันเท่าเลยทีเดียว ) ของที่แสงขาวชนต้องมีขนาดเล็กมาก แต่ถ้าของที่แสงขาวมีขนาดใหญ่กว่า 1/2 micron การกระเจิงแบบนี้จะไม่เกิดขึ้น!!!
แสงขาวที่กระเจิงด้วยของที่ใหญ่กว่า 1/2 micron ยังคงเป็นสีขาวอยู่ ซึ่งนี่ก็เป็นเหตุผลที่ว่าทำไมก้อนเมฆจึงมีสีขาวนั่นเอง ( ละอองน้ำในก้อนเมฆนั้นมีขนาดใหญ่กว่า 1/2 micron มากเลยนะจะบอกให้ )
ความเข้ม ของแสงที่กระเจิงออกจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงสลับกันกับความยาวของคลื่นแสงยกกำลังสี่ ซึ่งหมายความว่า เมื่อความยาวคลื่นของแสงมีค่าน้อยลง ความเข้มของแสงก็จะมากขึ้น ในขณะเดียวกัน ถ้าความยาวคลื่นของแสงมีค่ามากขึ้น ความเข้มของแสงก็จะน้อยลงด้วย
แสงสีน้ำเงินหรือสีฟ้ามีความยาวคลื่นน้อยกว่าสีแดง 1.5 เท่า ถ้าเอา 1.5 ยกกำลัง 4 ( คูณกันสี่ครั้ง ) เท่ากับ 5 ( โดยประมาณ ) แปลว่า ในการกระเจิงแบบเรย์เลย์ สีน้ำเงินมีโอกาสกระเจิงได้มากกว่าสีแดง 5 เท่าตัว ซึ่งผลลัพธ์ของการกระเจิงสามารถ สาธิตให้ดูได้ดังนี้
จากภาพและวิดีโอที่ได้สาธิตไปแล้วนี้ จะพบว่าทางผู้จัดทำได้ติดตั้งอุปกรณ์โดยการนำธูปที่จุดแล้วจนเกิดควัน ใส่เข้าไปในกล่อง จากนั้นไม่นานจึงเปิดไฟฉายซึ่งมีแสงสีขาวเข้าไปในกล่อง เราจะพบว่าบริเวณใกล้กับธูปและในหลาย ๆ บริเวณภายในกล่องนั้นจะแสดงสีฟ้าออกมา นั่นเพราะว่าขนาดของฝุ่นที่อยู่ในควันธูปนั้นมีขนาดใกล้เคียงกับสิ่งที่อยู่บนชั้นบรรยากาศของโลกนั่นเอง
หลายคนอาจจะคิดต่อว่า แล้วทำไมแสงสีม่วงที่มีความยาวคลื่นน้อยที่สุดนั้นกลับไม่กระเจิงออกมาให้เราเห็นล่ะ ในความเป็นจริงแล้ว ดวงตาของเรานั้นมีความสามารถรับแสงสีน้ำเงินหรือสีฟ้าได้ดีกว่าสีม่วงนั่นเอง อีกทั้งความยาวคลื่นของแสงทั้งสองสีนั้นยังต่างกันไม่มากอีกด้วย ด้วยเหตุนี้เองเราจึงเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้าหรือสีน้ำเงินนั่นเอง
แต่หลาย ๆ คนยังอาจสงสัยอีกว่า แล้วทำไมท้องฟ้าในตอนเช้ามืด หรือตอนเย็นก่อนพลบค่ำนั้น กลับมีสี เหลือง สี เขียว สีแดง หรือ สีส้ม นั่นเป็นเพราะว่า แสงต้องเดินทางไกลขึ้นก่อนจะมาถึงเรา ซึ่งยิ่งระยะทางยิ่งไกลมากแสงสีฟ้าก็จะกระเจิงออกไปและจางลงเรื่อย ๆ จนปรากฏแสงอื่นขึ้นมาแทน ทำนองเดียวกัน แสงอื่นก็สามารถกระเจิงออกไปได้จนหมดก่อนจะถึงดวงตาเรา
ดังนั้น แสงสุดท้ายของท้องฟ้าก่อนที่ดวงตะวันจะลาลับไปจึงเป็นสีแดง สีส้ม หรือสีเหลือง ส่วนการที่ไม่มีแสงจากดวงอาทิตย์นั้นก็ทำให้ท้องฟ้าในยามค่ำคืนมีสีดำนั่นเอง
*** เบื้องหลังการทดลอง... แนะนำอุปกรณ์
