Kāpēc debesis ir zilas?
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Why is the sky blue?
Transkripts:
00:00
Vai tu kādreiz esi brīnījies, kāpēc debesis ir zilas?
00:04
Kāpēc Saule, kas patiesībā ir baltā krāsā, mums izskatās dzeltena?
00:08
Kāpēc saules gaisma mums parasti izskatās dzeltena?
00:10
Un kāpēc saullēkti vai saulrieti parasti ir sarkanā krāsā?
00:15
Nu, īsā atbilde ir tāda: tādēļ, ka mūsu atmosfēras molekulas,
00:20
piemēram, slāpekļa vai skābekļa molekulas, mēdz izkliedēt zilo gaismu vairāk
00:25
nekā sarkano.
00:27
Paskatīsimies uz to nedaudz sīkāk.
00:29
Mēs jau esam runājuši par gaismas izkliedēšanu iepriekšējos video.
00:32
Būtībā, kad gaisma trāpa pa sīku daļiņu, tā atstaro gaismu visos
00:37
virzienos, un to mēs saucam par izkliedēšanu.
00:40
Un, kad šī izkliedētā gaisma nonāk mūsu acīs, mēs redzam, ka šī daļiņa spīd
00:45
tajā pašā krāsā, kuru tā izkliedē.
00:47
Ja tā izkliedē, teiksim, dzeltenu gaismu, tad daļiņa mums spīdēs dzeltena,
00:51
un tā tālāk.
00:52
Svarīgi ir tas, ka mūsu atmosfēras molekulas neizkliedē
00:57
visas gaismas krāsas vienādi.
01:00
Lai saprastu, kāpēc, tas ir nedaudz sarežģīti, jo izkliedēšanas fizika
01:03
ir nedaudz sarežģīta.
01:06
Bet īsumā notiek tas, ka, redzi, mūsu baltā gaisma patiesībā sastāv
01:11
no 7 krāsām, VIBGYOR, 7 varavīksnes krāsām.
01:16
Un iemesls, kāpēc mēs vispār redzam šīs dažādās krāsas, ir tas, ka gaisma ir
01:20
vilnis, vai vismaz to var uzskatīt par vilni, tāpat kā vilni auklā.
01:25
Un, ja mēs paskatītos uz šiem viļņiem, izrādās, ka īsāka
01:29
viļņa garuma gaisma, kad tā trāpa mūsu acīs, mēs to uztveram kā violetu,
01:34
un garāka viļņa garuma gaismu, kad tā trāpa mūsu acīs, mēs mēdzam uztvert kā sarkanu.
01:39
Tātad, viļņa garumam kļūstot garākam, tas iet...
01:41
Krāsa mainās no violetas uz sarkanu.
01:45
Un, kad mēs nodarbojamies ar izkliedēšanas fiziku, izrādās, ka, saskaroties ar
01:49
atmosfēras daļiņām, kas ir daudz mazākas par
01:54
gaismas viļņa garumu, tās vienmēr mēdz vairāk izkliedēt īsāka viļņa garuma gaismu
01:59
salīdzinājumā ar garāka viļņa garuma gaismu.
02:01
Labi, mēs neiedziļināsimies, kāpēc tas notiek.
02:04
Kā jau teicu, tas ir mazliet grūti.
02:05
Vai arī tas nav mazliet, tas patiesībā ir diezgan sarežģīti.
02:08
Bet izrādās, ka īsāka viļņa garuma gaisma, ko mēs redzam kā violetu,
02:13
tātad šis īsākais viļņa garums...
02:14
Pierakstīsim to kaut kur šeit.
02:16
Šis īsākais viļņa garums tiek izkliedēts visvairāk, izkliedēts visvairāk,
02:23
un garākais sarkanais viļņa garums tiek izkliedēts vismazāk.
02:28
Izkliedēts vismazāk.
02:33
Un tādēļ, ja baltā gaisma nāktu un trāpītu kādai no šīm atmosfēras
02:37
molekulām, tad tās mēdz izkliedēt zilo gaismu daudz vairāk
02:45
nekā sarkano gaismu, jo zilajai ir īsāks viļņa garums, kaut kur šeit,
02:50
salīdzinot ar sarkano.
02:51
Esmu diezgan pārliecināts, ka mums varētu rasties jautājums – kāpēc zila?
02:54
Kāpēc ne pati violetā?
02:56
Jo tai ir vēl īsāks viļņa garums, vai ne?
02:58
Nu, izrādās, ka Saule nemaz neražo pietiekami daudz violetās gaismas.
03:02
Tātad ienākošajā saules gaismā nav daudz violetās gaismas,
03:08
un tādēļ arī izkliedētajā gaismā violetās nebūs daudz.
03:11
Vēl viens iemesls, kāpēc mēs neredzam violetu, ir tas, ka mūsu acis nav nemaz tik
03:14
jutīgas pret violeto.
03:16
Tāpēc, apvienojot šos rezultātus, mēs parasti neredzam violeto,
03:19
bet mēs redzam šo indigo zilo, ko kopā mēs parasti saucam par
03:23
zilo. Tā ir zilā gaisma, kas tiek izkliedēta visvairāk,
03:26
un tādēļ atmosfēras molekulas mēdz spīdēt, tās mēdz spīdēt zilā
03:31
krāsā, skatoties no jebkura virziena.
03:36
Un tagad mēs esam gatavi atbildēt uz visiem mūsu jautājumiem.
03:39
Atbrīvosimies no šiem attēliem.
03:41
Vispirms paskatīsimies, ko mēs redzētu, ja nebūtu atmosfēras.
03:45
Pieņemsim, ka ir diena, tas nozīmē, ka Saule ir tieši virs mums,
03:49
kaut kas līdzīgs pēcpusdienai.
03:50
Tad gaismas stari kristu taisni uz leju šādi.
03:54
Ja mēs skatītos Saules virzienā, šajā virzienā,
03:59
tad mēs redzētu balto Sauli.
04:02
Bet, ja mēs skatītos jebkurā citā virzienā, tad gaisma nenāktu
04:08
uz mums no cita virziena, jo visa gaisma vienkārši krīt
04:11
uz leju. Tāpēc mēs neko neredzētu.
04:14
Tādēļ viss, ko mēs bez atmosfēras redzētu, būtu baltā Saule,
04:18
un viss pārējais izskatītos tumšs.
04:21
Un zini ko? Veiksim eksperimentu.
04:25
Viss, kas mums būs vajadzīgs, ir lukturītis, trauks ar ūdeni un nedaudz piena.
04:29
Kad mēs pievienojam pienu šim ūdenim, piena daļiņas attēlos mūsu
04:33
atmosfēru. Ja tu skaties uz lukturīti tieši, bez jebkādām piena
04:37
daļiņām pa vidu, tad viss, ko mēs redzam, ir baltā gaisma, un paskaties uz debesīm.
04:42
Viss ir kļuvis tumšs, tieši tāpat kā mēs redzētu šeit bez
04:47
atmosfēras.
04:49
Bet tagad ieviesīsim atmosfēru.
04:53
Kad mēs ieviešam atmosfēru, saules gaisma trāpa visām šīm atmosfēras
04:57
daļiņām, un, kā mēs runājām, tās galu galā izkliedēs zilo gaismu
05:01
visvairāk. Tās izkliedē arī visas pārējās krāsas, bet zilā gaisma tiek izkliedēta
05:05
visvairāk, un rezultātā gandrīz visas šīs atmosfēras daļiņas sāks spīdēt
05:11
zilas. Un tagad, lai kurā virzienā mēs skatītos, viss, ko mēs redzētu, ir zilā
05:18
gaisma. Un tagad, mūsu eksperimentā, ja mēs ņemam ūdens tvertni un sākam pievienot
05:22
pienu, piena daļiņas atdarinās mūsu atmosfēru.
05:26
Tieši tāpat kā mūsu atmosfēras daļiņas, tās visvairāk izkliedē zilo gaismu,
05:31
un rezultātā visa tvertne spīd zila, jo visur
05:35
piena daļiņas lielākoties met zilo gaismu mūsu virzienā.
05:38
Skaisti, vai ne?
05:40
Bet vai tu ievēroji?
05:41
Kad debesis kļuva zilas, Saule kļuva dzeltena.
05:45
Kāpēc tā kļuva dzeltena?
05:47
Nu, ja mēs atgriežamies šeit, sākotnējie ienākošie stari ir balti,
05:51
bet, tiklīdz tie trāpa atmosfēras daļiņai, daļiņām, tās sāk izkliedēt zilo
05:56
gaismu. Tātad no ienākošās gaismas zilā tika izkliedēta prom...
06:02
Ja paskatās uz visām krāsām, kas tagad palikušas šajā ienākošajā gaismā,
06:06
baltās tur nemaz nebija, ne daudz.
06:10
Indigo zilā tika izkliedēta, tāpēc tagad ienākošie stari satur tikai zaļo,
06:15
dzelteno, oranžo un sarkano.
06:17
Arī tās tiek izkliedētas, bet ne tik daudz kā zilā.
06:20
Un, kad mēs apvienojam šīs krāsas kopā, mēs iegūstam to dzeltenīgo blāzmu.
06:25
Un tāpēc saules gaisma, tiklīdz tā ir iegājusi atmosfērā,
06:30
saglabā tikai to dzeltenīgo blāzmu, jo lielākā daļa zilās ir izkliedēta.
06:38
Un tāpēc, kad mēs skatāmies Saules virzienā, Saule sāk
06:42
mums izskatīties dzeltena.
06:43
Tas pats notiek arī mūsu eksperimentā.
06:47
Labi. Visbeidzot, kas notiek saulrieta vai saullēkta laikā?
06:51
Nu, efekts vai princips ir gandrīz tāds pats.
06:54
Vienīgā atšķirība tagad ir tā, ka Saule ir tuvu apvārsnim.
06:58
Teiksim, Saule ir kaut kur šeit.
07:01
Tad saules stari, spraucoties cauri atmosfērai un sasniedzot
07:06
mūs, ievēro – tagad tie iet cauri daudz garākam atmosfēras ceļam, salīdzinot ar
07:13
iepriekšējo.
07:15
Un tāpēc, līdz brīdim, kad šī gaisma sasniedz mūsu acis, tiek izkliedēta ne tikai zilā gaisma,
07:20
bet arī zaļā un dzeltenā ir praktiski pazudušas, jo tā
07:24
trāpa tik daudz vairāk atmosfēras molekulām.
07:29
Un tādēļ vienīgā krāsa, kas izdzīvo, ir garie viļņi,
07:32
kas tiek izkliedēti vismazāk, tas ir, oranži sarkanie.
07:35
Un tādēļ, līdz brīdim, kad šī gaisma sasniedz mūs, mūs, tā izskatīsies diezgan
07:39
oranži sarkana.
07:42
Un to pašu mēs varam redzēt arī mūsu eksperimentā.
07:45
Ja mēs skatāmies no augšas, mēs redzam, ka gaisma iet cauri īsajai daļai
07:49
no tvertnes, tikai īsai atmosfēras daļai.
07:53
Tātad, ko mēs varam darīt, ir paņemt šo tvertni un pagriezt tā, lai mēs liktu
07:57
gaismai iet cauri lielākajai daļai, garākajai tvertnes daļai.
08:02
Un tagad, ja mēs skatāmies no priekšas, ievēro...
08:09
Saule kļūst sarkana vai vismaz sarkanīgi oranža. [smejas] Skaisti,
08:14
vai ne? Ievēro arī, ka gaisma, kas mūs sasniedz, ir diezgan blāva.
08:19
Mēs tagad tik tikko varam saskatīt lukturīti, un tas ir tāpēc, ka lielākā daļa gaismas ir
08:23
izkliedēta prom no mums.
08:25
Un tas padara saullēktu un saulrietu tik skaistus,
08:29
jo mēs varam uz to skatīties tieši, nesavainojot acis.
08:33
Tātad, lai ātri apkopotu: iemesls, kāpēc mēs redzam zilas debesis un sarkanu saulrietu, ir,
08:37
jo, kad gaisma vai baltā gaisma trāpa šīm atmosfēras daļiņām,
08:42
tās izkliedē zilo gaismu vairāk, salīdzinot ar visām pārējām krāsām.
08:47
Un pēdējā lieta, par ko es gribu parunāt, pirms beidzam, ir – kāpēc mākoņi ir
08:53
baltā krāsā?
08:55
Es domāju to, ka mākoņi sastāv no sīkiem ūdens pilieniem.
08:59
Kad saules gaisma trāpa šiem ūdens pilieniem, vai tiem arī nevajadzētu izkliedēt zilo
09:03
gaismu visos virzienos?
09:05
Tas nozīmē – vai mākoņiem nevajadzētu izskatīties ziliem?
09:09
Nu, izrādās, ka tikai tās daļiņas, kuru izmērs ir mazāks par
09:14
gaismas viļņa garumu, tikai tās daļiņas spēj izkliedēt zilo gaismu vairāk, salīdzinot ar
09:20
sarkano, vai īsākos viļņus vairāk, salīdzinot ar garākajiem.
09:23
Un skābekļa, slāpekļa molekulas vai atmosfēras molekulas,
09:27
un piena daļiņas, ko mēs atrodam ūdenī, diezgan precīzi atbilst šai
09:31
kategorijai.
09:32
Bet, ja daļiņas kļūst daudz lielākas par gaismas viļņa garumu,
09:37
šādos gadījumos izrādās, ka tās izkliedēs visas krāsas vienādi.
09:42
Un tā ūdens pilieni patiesībā ir, un ja...
09:44
kas atrodami mākoņos, ir daudz lielāki par gaismas viļņa garumu.
09:47
Un tāpēc, kad uz tiem krīt baltā gaisma, tie izkliedē visas krāsas vienādi,
09:52
un rezultātā tie izkliedē vienkārši baltu gaismu.
09:54
Tieši šī iemesla dēļ mēs redzēsim – mēs redzam mākoņus baltus.
09:59
Arī migla vai dūmaka ietilpst šajā kategorijā, arī tās mums izskatās diezgan baltas
10:03
mums.
Eksperta komentārs
Šajā video tiek skaidrots, kāpēc debesis dienā izskatās zilas, kāpēc Saule mums šķiet dzeltenīga un kāpēc saullēkta un saulrieta laikā tā kļūst sarkanīga. Skaidrojums balstās uz gaismas izkliedes procesiem atmosfērā. Video atgādināts, ka baltā gaisma sastāv no dažādu krāsu (viļņa garumu) kopuma. Īsāka viļņa garuma gaismu mēs uztveram kā violetu vai zilu, bet garāka viļņa garuma gaismu – kā sarkanu.
Tiek skaidrots, ka atmosfēras molekulas (piemēram, slāpeklis un skābeklis), kuru izmērs ir mazāks par gaismas viļņa garumu, izkliedē īsāka viļņa garuma gaismu vairāk nekā garāka viļņa garuma gaismu. Tas nozīmē, ka zilā gaisma tiek izkliedēta daudz intensīvāk nekā sarkanā.
Lai gan violetajai gaismai ir vēl īsāks viļņa garums, Saule izstaro salīdzinoši maz violetās gaismas, turklāt cilvēka acs pret to ir mazāk jutīga. Tādēļ izkliedētajā gaismā dominē zilā krāsa – un debesis mums izskatās zilas.
Saullēkta un saulrieta laikā Saules stari šķērso daudz garāku ceļu atmosfērā. Tādēļ līdz mūsu acīm tiek izkliedēta ne tikai zilā, bet arī zaļā un dzeltenā gaisma. Tiešajā staru kūlī paliek galvenokārt garāka viļņa garuma gaisma – oranžā un sarkanā. Tāpēc Saule un apkārtējās debesis šajā laikā izskatās sarkanīgas.
Video tiek demonstrēts arī vienkāršs eksperiments ar lukturīti, ūdeni un pienu, kur piena daļiņas modelē atmosfēras molekulas. Eksperiments ilustrē gan debesu zilumu, gan saulrieta sarkano nokrāsu.
Tiek skaidrots, ka izkliedes raksturs ir atkarīgs no daļiņu izmēra. Ja daļiņas ir mazākas par gaismas viļņa garumu (kā atmosfēras molekulas), tās izkliedē īsāka viļņa garuma gaismu vairāk. Taču, ja daļiņas ir lielākas par gaismas viļņa garumu (kā ūdens pilieni mākoņos), tās izkliedē visas krāsas aptuveni vienādi. Tāpēc mākoņi izskatās balti.
Piezīme par terminoloģiju:
Video tiek izmantoti angļu valodai raksturīgie apzīmējumi (piemēram, krāsu secība VIBGYOR).