Historie
První správné vysvětlení modré barvy oblohy přinesl lord Rayleigh. Zabýval se výzkumem světla v temné laboratoři, kde se paprskům světla do cesty dostávala prachová zrnka. Roku 1871 lord Rayleigh odvodil, že drobná prachová zrníčka, jejichž velikost je menší než vlnová délka světla, mohou díky rozptylu zbarvovat oblohu do modra. Podobným způsobem vysvětlil i barvu červánků, modravý nádech z mlhy, načervenalou barvu slunce nízko nad obzorem a další podobné jevy. Vzápětí se ale objevil problém. Způsobují-li totiž modré zbarvení oblohy zrníčka prachu, musí být obloha ve městech, kde je prachu více, modřejší než obloha vysoko v horách. Pozorování však byla v protikladu s tímto závěrem. Rayleigh vzal v úvahu fakt, že čím je vzduch čistší, tím je barva oblohy modřejší a dospěl tak k závěru, že k rozptylu musí docházet na molekulách vzduchu.
John Strutt, lord Rayleigh.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Ruský fyzik Leonid Mandelštam poukázal na to, že při náhodném pohybu molekul vzduchu dochází k vzájemným srážkám a těsným přiblížením částic a tím pádem vznikají větší či menší shluky molekul, které se však zase rychle rozpadají. Velikost těchto shluků pak může o mnoho řádů přesáhnout velikost vlastních molekul. A právě tyto shluky mají na svědomí modrou barvu oblohy. Krátce poté uveřejnil Gustav Mie obecnější teorii rozptylu světla.
Teorie
Vezmeme-li v úvahu viditelné záření, které zaujímá rozmezí vlnových délek od 4,0 · 10-7 m do 7,9 · 10-7 m, pak maximální velikost částic, pro které lze použít Rayleighovu teorii, vychází
cca 1,0 · 10-7 m. Rayleighova teorie se však lépe uplatní pro částice o řád a více řádů menších než je uvedená hodnota. Intenzita rozptylu závisí nepřímo úměrně na čtvrté mocnině vlnové délky, tzn. že je výraznější pro kratší vlnové délky (modré a fialové světlo). Proč tedy není obloha fialová? To má několik důvodů. Hustota energie fialového světla je menší než u modrého, lidské oko je na fialovou část viditelného záření mnohem méně citlivé než na modrou a ve fialové barvě atmosféra propouští o něco méně záření.
Kromě rayleighova rozptylu se na obloze uplatňuje i aerosolový rozptyl, který vzniká na pevných a kapalných částicích a na vlnové délce nezávisí. Výsledná barva světla je vždy bílá. Proto i oblaka či výrazně zakalená atmosféra mají bílou barvu. V případě výraznějšího zakalení atmosféry prachovými částicemi nebo drobnými kapičkami, které rozptylují sluneční záření neutrálně vzhledem k vlnové délce, je modrá barva oblohy utlumena a nebeská klenba nabývá bělavého vzhledu. Naproti tomu tmavě modrá až fialová barva svědčí o velké průzračnosti vzduchu.
Červánky.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Zvláště intenzívní červánky bývají pozorovány v případech nadměrného zakalení atmosféry aerosolovými částicemi, například po sopečných výbuších, velkých prachových bouřích a také při značném obsahu vodního aerosolu v atmosféře. V roce 1883, po velkém výbuchu indonéské sopky Krakatau, vycházelo a zacházelo nad Jávou krvavé Slunce ještě celé měsíce. Také záhadný tunguzský meteorit, který v roce 1908 dopadl na území sibiřské tajgy, způsobil neobvykle jasné východy Slunce, podivnou zář na nebi a hromadný výskyt zvláštních stříbřitých oblaků, které bylo možné pozorovat na rozsáhlém území od Jeniseje až ke břehům Atlantského oceánu. Na konci září roku 1950 zapadalo na mnoha místech Evropy indigově modré Slunce, příčinou tohoto neobvyklého jevu byl obrovský lesní požár v Kanadě. Do atmosféry se dostalo velké množství olejových částeček z hořícího dřeva, které způsobily rozptyl slunečních paprsků.
Sluneční paprsky obecně nejsou polarizované, ale mohou se částečně polarizovat rozptylem. Proto je součástí exponátu polarizační a neutrální filtr. Při vhodném natočení polarizačního filtru se jas trubice snižuje. Znamená to, že rozptýlené světlo je částečně polarizované. Polarizační filtr i neutrální filtr se využívá při fotografování ke ztmavení modré oblohy, odstranění odrazu blesku nebo zmírnění intenzity barev.
Levá fotografie je pořízená bez polarizačního filtru, pravá fotografie je pořízena s polarizačním filtrem.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
