Tại sao bầu trời lại có màu xanh mà không phải màu đỏ, trắng hay đen?

Mọi người đều nhận thấy bầu trời có màu xanh, nhưng ít ai thực sự hiểu tại sao lại như vậy. Điều gì khiến bầu trời chủ yếu có màu xanh mà không phải màu khác? Khí quyển của Trái Đất, mặc dù chỉ là một lớp không khí trong suốt, lại là nguyên nhân mang đến màu xanh đặc trưng này. Vậy màu xanh ấy xuất phát từ đâu?

Nguyên nhân của màu xanh bầu trời

Ánh sáng nhìn thấy được là một phần của phổ điện từ mà mắt người có khả năng cảm nhận. Ánh sáng từ Mặt Trời hay bóng đèn điện thường được gọi là ánh sáng trắng. Ánh sáng mặt trời thực tế là sự kết hợp của bảy màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím, mỗi màu tương ứng với một bước sóng và năng lượng khác nhau. Trong đó, ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất, đồng nghĩa với tần số và năng lượng cao nhất, còn ánh sáng đỏ thì có bước sóng dài nhất và năng lượng thấp nhất.

Ảnh minh họa

Ánh sáng trong không khí

Khi ánh sáng truyền qua không khí mà không bị cản trở, nó sẽ tiếp tục di chuyển theo đường thẳng. Tuy nhiên, khi ánh sáng đi vào bầu khí quyển và gặp các phân tử khí hay hạt bụi nhỏ, nó sẽ bị thay đổi. Điều gì xảy ra với ánh sáng lúc này phụ thuộc vào bước sóng của nó cũng như kích thước của các hạt mà nó chạm phải.

Các hạt bụi và nước trong không khí có kích thước lớn hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy. Khi ánh sáng gặp những hạt lớn này, nó bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau hoặc bị hấp thụ. Vì tất cả các màu trong ánh sáng trắng bị phản xạ như nhau, nên ánh sáng phản xạ vẫn giữ nguyên màu trắng.

Tuy nhiên, các phân tử khí trong không khí lại có kích thước nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng khả kiến. Khi ánh sáng trắng chạm vào các phân tử khí, một phần của ánh sáng bị hấp thụ, sau đó các phân tử phát ra ánh sáng theo nhiều hướng. Màu xanh có bước sóng ngắn dễ bị tán xạ hơn màu đỏ, bước sóng dài. Hiện tượng này được gọi là tán xạ Rayleigh, đặt theo tên nhà vật lý John Rayleigh, người đã khám phá ra hiện tượng này vào năm 1871.

Màu xanh của bầu trời từ đâu mà có?

Do bước sóng ánh sáng dài hơn kích thước của các phân tử khí, nên hiện tượng tán xạ Rayleigh diễn ra mạnh mẽ đối với ánh sáng xanh. Khi ánh sáng đi qua bầu khí quyển, các bước sóng ngắn, như ánh sáng xanh, bị tán xạ khắp nơi. Do đó, ở bất cứ nơi đâu vào ban ngày, ánh sáng xanh tán xạ sẽ luôn hướng tới mắt bạn, khiến bầu trời trông có màu xanh.

Tại sao bầu trời gần đường chân trời lại nhạt màu hơn?

Khi nhìn về phía đường chân trời, màu xanh dường như nhạt hơn. Nguyên nhân là ánh sáng xanh khi đến mắt bạn đã phải đi qua nhiều lớp không khí hơn, khiến một phần bị tán xạ thêm theo nhiều hướng khác, và lượng ánh sáng xanh đến mắt bạn từ khu vực đó ít hơn.

Tại sao bầu trời không có màu tím?

Dù ánh sáng tím có bước sóng ngắn hơn màu xanh, bầu trời không mang màu tím là do mắt người nhạy cảm hơn với ánh sáng xanh. Trong mắt, các tế bào nón nhạy với ba dải bước sóng ngắn, trung bình và dài, kết hợp lại tạo ra màu sắc mà chúng ta nhìn thấy. Khi bầu trời chứa hỗn hợp giữa ánh sáng xanh và tím, mắt người cảm nhận nó như màu xanh lẫn trắng.

Tại sao Mặt Trời có màu vàng?

Khi nhìn từ Trái Đất, chúng ta thấy Mặt Trời có màu vàng. Thực chất, nếu nhìn từ ngoài không gian, Mặt Trời sẽ có màu trắng. Trên Trái Đất, các bước sóng ngắn như xanh và tím bị tán xạ ra khỏi ánh sáng trực tiếp từ Mặt Trời, để lại những bước sóng dài hơn như vàng đến mắt chúng ta.

Vì sao hoàng hôn có màu đỏ?

Khi mặt trời lặn, ánh sáng cần phải vượt qua một quãng đường dài hơn qua bầu khí quyển. Ánh sáng xanh bị tán xạ nhiều lần và hầu như không đến được mắt chúng ta, chỉ còn lại ánh sáng đỏ có thể xuyên qua không khí và đến mắt, tạo nên cảnh tượng hoàng hôn màu đỏ rực.

Kết luận

Câu hỏi về màu sắc của bầu trời không chỉ đơn thuần mà ẩn chứa nhiều hiện tượng vật lý thú vị. Những hiện tượng tự nhiên này là đề tài nghiên cứu không ngừng của các nhà khoa học, và mỗi chúng ta đều có những câu hỏi tại sao về thế giới xung quanh mình.