Blauwe lucht

De hoeveelheid verstrooide straling, afhankelijk van de kleur bij verticaal invallend zonlicht

Het witte zonlicht is samengesteld uit verschillende kleuren met uiteenlopende golflengten. In volgorde van afnemende golflengte zijn dat: rood-oranje-geel-groen-blauw-indigo-violet. Licht van de zon bereikt waarnemers gedeeltelijk direct, maar het kan verstrooid worden door allerlei oorzaken. Het verstrooide licht lijkt afkomstig van andere gedeeltes van de hemel. Wolken zijn over het algemeen wit of grijs omdat het licht vele malen verstrooid wordt in de dichte verzameling deeltjes, voordat het de waarnemer bereikt. Ook bestaat een wolk uit grotere deeltjes, zodat ook rood licht nog gemakkelijk verstrooid wordt.

Het directe licht van de zon raakt door deze verstrooiing van het blauwe gedeelte geel gekleurd, maar dat effect is veel geringer omdat we de blauwe lucht tegen een donkere achtergrond waarnemen, zodat de blauwe straling daar relatief veel belangrijker is dan het geringe verlies aan blauw in het directe zonlicht.

Licht dat wordt verstrooid door moleculen (die veel kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht) heeft meestal een zeer kleine golflengte (Ultraviolet en blauw) omdat Rayleigh verstrooiing omgekeerd evenredig is met de vierde macht van de golflengte. Per molecuul levert dit een zeer geringe kans op verstrooiing op, maar door de dikte van de atmosfeer is het effect toch aanzienlijk. De verstrooiingshoek is bij dit type verstrooiing willekeurig, wat de betrekkelijk egale kleur van de hemel verklaart. Het hemelsblauw dat we waarnemen is een mengsel van violet, blauw, een klein beetje groen en zeer weinig geel en rood. Als alleen dit type verstrooiing van belang is, zoals in de bergen bij schone droge lucht dan zien we een diepblauwe hemel, maar zelfs daar speelt verstrooiing door stofjes nog een rol. Een andere minder belangrijke oorzaak van verstrooiing zijn plaatselijke toevallige dichtheidsverschillen bij turbulente lucht.

Grotere deeltjes verstrooien alle kleuren in het witte zonlicht met een geringe verstrooiingshoek in gelijke mate en leveren dus ook wit licht op. Als er dus veel stof of vocht (waterdruppeltjes) in de atmosfeer zit, dan wordt de blauwe kleur fletser of zelfs witachtig. In een industriegebied zien we daarom zelden een diepblauwe lucht. Tijdens opklaringen na een regenbui, die de lucht heeft schoon gewassen, en in schone lucht aangevoerd uit de poolstreken is de lucht donkerblauw.

Hoe droger en schoner de lucht, hoe blauwer en donkerder de kleur van de hemel. Vandaar dat we ook hoog in de bergen vaak een donkerblauwe hemel zien. Kleine waterdruppeltjes, ijsdeeltjes, stofdeeltjes of druppeltjes zwavelzuur afkomstig van vulkaanuitbarstingen veroorzaken een ander type verstrooiing, die blekere kleuren oplevert, en afhankelijk van de belichting zelfs een rode hemel.

middernacht juni 2000, kasteel Litomysl (CZ) zicht op de slotkerk

Het hemelblauw is alleen zichtbaar tegen een donkere achtergrond. Hoog aan de hemel recht boven ons hoofd is dat de zwarte sterrenhemel, maar om de stralen nabij de horizon te zien moeten we over een grotere afstand door een dikke luchtlaag bij het aardoppervlak heenkijken. Laag in de atmosfeer zitten meer grotere deeltjes en waterdruppeltjes,zodat daar de verstrooiing door moleculen minder belangrijk wordt. Daarom is de blauwe kleur bij de horizon vaak bleker of bijna wit. Als bij heldere lucht er in de verte echter bergen of bomen te zien zijn fungeren die als donkere achtergrond , dan ligt daar een blauwig waas overheen veroorzaakt door zonlicht dat wordt verstrooid in de luchtlaag tussen achtergrond en waarnemer. Dit verschijnsel wordt door kunstschilders weergegeven als het atmosferisch perspectief.

De nachtelijke hemel bij volle maan is ook blauw, maar onze ogen zijn niet in staat kleuren waar te nemen bij de lage lichtintensiteit van de nachthemel, maar we kunnen wel goed de geelkleuring van de Maan waarnemen bij lage maanstand.

• Rayleighverstrooiing
• Blauw ijs
• Licht

Zie de categorie Blue sky van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.