เคยสงสัยกันหรือไม่ว่าทำไมสีของท้องฟ้าในเวลากลางวันกับท้องฟ้ายามเย็นแตกต่างกัน เราเรียกปรากฎการณ์นี้ว่า การกระเจิงของแสง (Scattering of light) สำหรับการกระเจิงของแสงคืออะไร เพราะอะไรจึงทำให้สีของท้องฟ้าแตกต่างกัน บทความนี้มีคำตอบ
การกระเจิงของแสง คืออะไร
หากจะพูดถึงการกระเจิงของแสง หลายคนอาจจะนึกภาพไม่ออกว่าการกระเจิงของแสงมีลักษณะอย่างไร แต่ถ้าให้นึกถึงสีของท้องฟ้าในตอนเช้าและตอนเย็นที่มีสีของท้องฟ้าที่แตกต่างกัน ตอนกลางวันท้องฟ้ามีสีฟ้าสดใส แต่ตอนเช้ากับตอนเย็นท้องฟ้าเป็นสีส้ม เราเรียกปรากฎการณ์นี้ว่า การกระเจิงของแสง หรือ Scattering of light แสงของดวงอาทิตย์ประกอบด้วยแสงสีต่างๆ ซึ่งมีขนาดความยาวคลื่นไม่เท่ากัน เมื่อรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบโมเลกุลของอากาศ จะเกิดการกระเจิงของแสง คล้ายกับคลื่นน้ำเคลื่อนที่มากระแทกเขื่อน ถ้าคลื่นมีขนาดเล็กกว่าเขื่อน (λ < d) คลื่นจะกระเจิงหรือสะท้อนกลับ แต่ถ้าคลื่นมีขนาดใหญ่กว่าเขื่อน (λ > d) คลื่นก็จะเคลื่อนที่ข้ามเขื่อนไปได้
4 ปัจจัยที่มีผลต่อการกระเจิงของแสง
ขนาดความยาวคลื่น
แสงสีน้ำเงินมีความยาวคลื่นสั้น แสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากกว่า แสงคลื่นสั้นเกิดการกระเจิงได้ดีกว่าแสงคลื่นยาว
ขนาดของสิ่งกีดขวาง
โมเลกุลของแก๊สในบรรยากาศมีขนาดเล็ก ส่วนโมเลกุลของไอน้ำและฝุ่นที่แขวนลอยในบรรยากาศมีขนาดใหญ่ โมเลกุลขนาดใหญ่เป็นสิ่งกีดขวางการเดินทางของแสงความยาวคลื่นสั้น
มุมที่แสงตกกระทบกับบรรยากาศ
แสงอาทิตย์เวลาเที่ยงทำมุมชันกับพื้นโลก แสงเดินทางผ่านมวลอากาศเป็นระยะทางสั้น แสงเดินทางผ่านไม่ยาก ส่วนในตอนเช้าและตอนเย็นแสงอาทิตย์ทำมุมลาดกับพื้นโลก แสงเดินทางผ่านมวลอากาศเป็นระยะทางยาว ทำให้แสงเดินทางผ่านได้ยาก
ปริมาณสารแขวนลอยในอากาศ
ในช่วงเวลาบ่ายและเย็น อากาศและพื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูง มีฝุ่นละอองลอยอยู่ในอากาศมาก เป็นอุปสรรคขวางกั้นทางเดินของแสง
ทำไมท้องฟ้ากลางวันเป็นสีฟ้า
เวลากลางวันแสงอาทิตย์ทำมุมชันกับพื้นโลก แสงเดินทางผ่านบรรยากาศเป็นระยะทางสั้น อุปสรรคที่กีดขวางมีน้อย แสงสีม่วง คราม และน้ำเงิน มีขนาดของคลื่นเล็กกว่าโมเลกุลของอากาศ จึงกระเจิงไปบนท้องฟ้าทุกทิศทาง เราจึงมองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า และเห็นดวงอาทิตย์เป็นสีขาว เนื่องจากแสงทุกสีรวมกันมีความเข้มสูงมาก ในบริเวณที่มีมลภาวะทางอากาศน้อย เช่น ริมทะเลหรือในชนบท หรือในฤดูหนาวซึ่งมีความกดอากาศสูงทำให้ฝุ่นลอยขึ้นไปไม่ได้ เราจะเห็นท้องฟ้าเป็นสีน้ำเงินเข้ม ส่วนในบริเวณที่มีมลภาวะทางอากาศสูง หรือในฤดูร้อนซึ่งอากาศร้อนยกตัวพาให้สารแขวนลอยขึ้นไปลอยอยู่ในอากาศ คลื่นแสงสีเขียวและคลื่นแสงสีเหลืองจะกระเจิงด้วย เราจึงมองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้าอ่อน
ทำไมท้องฟ้าตอนเช้าและตอนเย็นเป็นสีส้ม
ช่วงเช้าและตอนเย็น แสงอาทิตย์ทำมุมลาดขนานกับพื้นโลก แสงเดินทางผ่านมวลอากาศเป็นระยะทางยาว อุปสรรคที่ขวางกั้นมีมาก แสงสีม่วง คราม และน้ำเงิน มีความยาวคลื่นสั้นไม่สามารถเดินทางผ่านโมเลกุลอากาศไปได้ จึงกระเจิงไปทั่วท้องฟ้า แต่แสงสีเหลือง ส้ม และแดง มีความยาวคลื่นมาก สามารถทะลุผ่านโมเลกุลของอากาศไปได้ ทำให้เรามองเห็นดวงอาทิตย์เป็นสีส้ม และมองเห็นท้องฟ้าในบริเวณทิศตะวันตกเป็นสีเหลืองส้ม ถ้าวันใดมีอากาศร้อน ทำให้มีฝุ่นมากเป็นพิเศษ ดวงอาทิตย์จะมีสีแดง แต่ถ้าวันใดมีฝุ่นน้อยดวงอาทิตย์ก็จะเป็นสีเหลือง แต่ถ้าเย็นวันใดฟ้าใสไม่มีฝุ่นเลย เราก็จะมองเห็นดวงอาทิตย์เป็นสีสว่างจนแสบตาเช่นเวลากลางวัน ทั้งนี้เนื่องจากแสงทุกสีมีความเข้มสูง จึงมองเห็นรวมกันเป็นสีขาว
นอกจากนี้อุณหภูมิเป็นอีกปัจจัยที่ทำให้ท้องฟ้าสีส้มในช่วงเช้าและช่วงเย็นมีสีส้มที่แตกต่างกัน เนื้องจาก ช่วงบ่ายมีอุณภูมิสูงทำให้ฝุ่นละอองเกิดการยกตัวได้มากกว่าตอนเช้า ประกอบกับในตอนเช้าฝุ่นละอองในอากาศถูกชะล้างด้วยน้ำค้างตอนรุ่งสาง ดังนั้นตอนเย็นจึงมักมีการกระเจิงของแสงสีแดงมากกว่าตอนเช้า
หวังว่าบทความนี้จะช่วยให้เข้าใจเกี่ยวกับปรากฎการณ์ การกระเจิงของแสง (Scattering of light) และช่วยตอบข้อสงสัยที่ว่า ทำไมท้องฟ้าในตอนเช้าและเย็นมีสีส้ม และท้องฟ้าช่วงกลางวันเป็นสีฟ้านั่นเอง
