Tại sao bầu trời ban ngày có màu xanh, còn ban đêm lại đen?

Khi chúng ta ngước nhìn bầu trời vào một ngày nắng đẹp, thứ đập vào mắt đầu tiên chính là màu xanh dịu mát trải dài khắp không gian. Còn vào ban đêm, cũng chính bầu trời ấy lại trở thành một khoảng đen thẳm, điểm xuyết vài vì sao le lói. Vì sao lại có sự khác biệt rõ rệt như vậy? Câu trả lời nằm ở cách ánh sáng Mặt Trời tương tác với khí quyển Trái Đất.

Ánh sáng trắng và trò chơi của các bước sóng

Ánh sáng Mặt Trời mà chúng ta thấy có vẻ trắng, nhưng thực chất nó là tổng hợp của nhiều màu sắc khác nhau – đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím – gọi là phổ ánh sáng nhìn thấy. Mỗi màu trong phổ này có bước sóng khác nhau: màu đỏ có bước sóng dài nhất, còn tím có bước sóng ngắn nhất.

Khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào Trái Đất, nó phải xuyên qua một lớp khí quyển dày đặc chứa đầy oxy, nitơ, hơi nước, bụi và các phân tử khác. Chính tại đây, hiện tượng vật lý gọi là tán xạ Rayleigh xảy ra: ánh sáng bị các phân tử không khí làm lệch hướng, tán ra nhiều phía.

Ảnh minh họa.

Do đặc tính vật lý, ánh sáng có bước sóng ngắn hơn (như tím và xanh lam) bị tán xạ mạnh hơn ánh sáng có bước sóng dài (như đỏ và vàng). Tuy ánh sáng tím bị tán xạ nhiều nhất, nhưng mắt người lại ít nhạy cảm với màu tím, đồng thời một phần ánh tím bị hấp thụ bởi tầng ozone. Vì vậy, ánh sáng xanh lam chiếm ưu thế trong nhận thức của chúng ta, khiến bầu trời vào ban ngày mang màu xanh dịu.

Khi Mặt Trời biến mất – và bầu trời trở lại đen

Khi Mặt Trời lặn, khu vực bạn đang đứng không còn nhận ánh sáng trực tiếp. Không có ánh sáng chiếu vào khí quyển, không xảy ra hiện tượng tán xạ. Bầu trời khi đó không còn phản chiếu màu xanh, mà trở lại với bản chất thực sự của vũ trụ: một không gian đen, mênh mông và lạnh lẽo.

Câu hỏi từng làm đau đầu các nhà khoa học hàng thế kỷ là: "Nếu vũ trụ có hàng tỷ ngôi sao, vì sao bầu trời ban đêm không sáng rực?" Đây chính là nghịch lý Olbers – một câu hỏi nổi tiếng trong thiên văn học. Câu trả lời hiện nay là vì vũ trụ có giới hạn tuổi và đang giãn nở, ánh sáng từ những ngôi sao xa nhất chưa kịp đến được Trái Đất, hoặc đã bị hấp thụ, tán xạ trên đường đi.

Một hiện tượng quen thuộc, một câu chuyện vũ trụ

Bầu trời xanh vào ban ngày và bầu trời đen vào ban đêm là hai cảnh tượng quen thuộc, nhưng ẩn sau đó là những quy luật vật lý đầy phức tạp và thú vị. Từ hiện tượng tán xạ ánh sáng đến cấu trúc của vũ trụ, tất cả đều góp phần tạo nên một bức tranh sinh động mỗi khi chúng ta ngẩng đầu nhìn lên bầu trời.

Và lần tới, khi bạn nhìn thấy màu xanh của trời trong một buổi sáng trong lành, hãy nhớ rằng – đó không chỉ là vẻ đẹp tự nhiên, mà còn là một minh chứng tinh tế cho những quy luật vận hành thầm lặng của vũ trụ quanh ta.