Po vedrom sunčanom danu pogledajte gore i videćete plavo nebo. Ali da li je ovo prava boja neba? Ili je to jedina boja neba?
Odgovori su malo komplikovani, ali uključuju prirodu svetlosti, atoma i molekula i neke neobične delove Zemljine atmosfere. I veliki laseri takođe – za nauku!
Dakle, prvo stvari: kada vidimo plavo nebo po sunčanom danu, šta vidimo? Da li vidimo plavi azot ili plavi kiseonik? Jednostavan odgovor je ne. Umesto toga, plavo svetlo koje vidimo je rasejana sunčeva svetlost.
Sunce proizvodi širok spektar vidljive svetlosti, koju vidimo kao belu, ali uključuje sve dugine boje. Kada sunčeva svetlost prolazi kroz vazduh, atomi i molekuli u atmosferi rasipaju plavu svetlost u svim pravcima, daleko više od crvene svetlosti. Ovo se zove Raileighovo rasejanje i rezultira belim Suncem i plavim nebom u vedrim danima.
Na zalasku sunca možemo videti kako se ovaj efekat pojačava, jer sunčeva svetlost mora da prođe kroz više vazduha da bi stigla do nas. Kada je Sunce blizu horizonta, skoro sva plava svetlost se raspršuje (ili apsorbuje prašina), tako da na kraju imamo crveno Sunce sa plavijim bojama koje ga okružuju.
Ali ako je sve što vidimo raspršena sunčeva svetlost, koja je prava boja neba? Možda možemo dobiti odgovor noću.
Ako pogledate noćno nebo, očigledno je mračno, ali nije savršeno crno. Da, postoje zvezde, ali samo noćno nebo sija. Ovo nije svetlosno zagađenje, već atmosfera koja prirodno sija.
U tamnoj noći bez meseca na selu, daleko od gradske svetlosti, možete videti drveće i brda koja se obrisuju na nebu.
Ovaj sjaj, nazvan vazdušni sjaj, proizvode atomi i molekuli u atmosferi. U vidljivoj svetlosti, kiseonik proizvodi zeleno i crveno svetlo, molekuli hidroksila (OH) proizvode crveno svetlo, a natrijum proizvodi bolesno žutu. Azota, iako je u vazduhu mnogo više od natrijuma, ne doprinosi mnogo sjaju vazduha.
Izrazite boje sjaja vazduha su rezultat toga što atomi i molekuli oslobađaju određene količine energije (kvanta) u obliku svetlosti. Na primer, na velikim visinama ultraljubičasto svetlo može da podeli molekule kiseonika (O₂) na parove atoma kiseonika, a kada se ovi atomi kasnije rekombinuju u molekule kiseonika, proizvode jasno zeleno svetlo.
Atomi natrijuma čine mali deo naše atmosfere, ali oni čine veliki deo sjaja vazduha i imaju veoma neobično poreklo – zvezde padalice.
Možete videti zvezde padalice u bilo kojoj vedroj mračnoj noći, ako ste voljni da sačekate. Oni su sićušni meteori, proizvedeni zrncima prašine koja se zagreva i isparava u gornjim slojevima atmosfere dok putuju brzinom od preko 11 kilometara (7 milja) u sekundi.
Dok zvezde padalice sijaju nebom, na otprilike 100 kilometara nadmorske visine, ostavljaju za sobom trag atoma i molekula. Ponekad možete videti zvezde padalice sa različitim bojama, koje su rezultat atoma i molekula koje sadrže. Veoma svetle zvezde padalice mogu čak ostaviti vidljive tragove dima. A među tim atomima i molekulima je malo natrijuma.
Ovaj visoki sloj atoma natrijuma je zapravo koristan za astronome. Naša atmosfera je stalno u pokretu, turbulentna je i zamagljuje slike planeta, zvezda i galaksija. Zamislite svetlucanje koje vidite kada gledate duž dugog puta u letnje popodne.
Da bi kompenzovali turbulenciju, astronomi brzo snimaju sjajne zvezde i mere kako su slike zvezda izobličene. Posebno deformabilno ogledalo se može podesiti da ukloni izobličenje, stvarajući slike koje mogu biti oštrije od onih sa svemirskih teleskopa. (Iako svemirski teleskopi i dalje imaju prednost što ne gledaju kroz vazdušni sjaj.)
Ova tehnika – nazvana „prilagodljiva optika“ – je moćna, ali postoji veliki problem. Nema dovoljno prirodnih svetlih zvezda da bi adaptivna optika radila preko celog neba. Dakle, astronomi prave sopstvene veštačke zvezde na noćnom nebu, nazvane „zvezde laserske vodilice“.
Ti atomi natrijuma su visoko iznad turbulentne atmosfere i možemo ih naterati da sjaje tako što ćemo ispaliti na njih moćni laser podešen na izrazito žutu boju natrijuma. Dobijena veštačka zvezda se zatim može koristiti za adaptivnu optiku. Zvezda padalica koju vidite noću pomaže nam da vidimo Univerzum oštrijim vidom.
Dakle, nebo nije plavo, bar ne uvek. To je takođe noćno nebo koje svetli u mraku, obojeno mešavinom zelene, žute i crvene boje. Njegove boje su rezultat raspršene sunčeve svetlosti, kiseonika i natrijuma iz zvezda padalica. A sa malo fizike i velikim laserima, možemo napraviti veštačke žute zvezde da bismo dobili oštre slike našeg kosmosa.
