Vì sao bầu trời có màu xanh?

Mỗi ngày, chỉ cần ngẩng đầu lên là chúng ta có thể nhìn thấy một khoảng trời xanh trải rộng phía trên. Màu xanh ấy quen thuộc đến mức gần như trở thành "màu mặc định" của bầu trời, nhưng nếu ánh sáng Mặt Trời vốn là ánh sáng trắng thì tại sao chúng ta lại không nhìn thấy bầu trời màu trắng?

Câu trả lời nằm trong chính thứ mắt thường không nhìn thấy được xung quanh mình. Khi ánh sáng Mặt Trời đi vào khí quyển Trái Đất, nó va chạm với các phân tử khí và bị phát tán theo nhiều hướng. Quá trình này gọi là tán xạ Rayleigh, và chính nó tạo nên màu xanh đặc trưng mà chúng ta nhìn thấy.

Ánh sáng Mặt Trời thực ra có rất nhiều màu

Nhiều người thường hình dung ánh sáng Mặt Trời là màu vàng hoặc trắng. Nhưng ánh sáng nhìn thấy được thực chất gồm nhiều màu khác nhau, từ đỏ, cam, vàng, xanh lá đến xanh dương và tím. Mỗi màu tương ứng với một bước sóng ánh sáng khác nhau.

Khi ánh sáng đi xuyên qua khí quyển, các phân tử khí như nitơ và oxy tương tác với ánh sáng. Những ánh sáng có bước sóng ngắn hơn, đặc biệt là xanh dương và tím, bị tán xạ mạnh hơn nhiều so với ánh sáng có bước sóng dài như đỏ và cam.

Có thể hình dung đơn giản rằng ánh sáng Mặt Trời đi vào khí quyển giống như một chùm ánh sáng đi qua vô số "chướng ngại vật" cực nhỏ. Ánh sáng xanh bị hất ra nhiều hướng hơn, vì thế từ mặt đất, chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng xanh đến từ rất nhiều phần khác nhau của bầu trời thay vì chỉ nhìn thẳng về phía Mặt Trời. NASA cũng giải thích rằng chính sự tán xạ mạnh hơn của ánh sáng xanh là nguyên nhân chủ yếu khiến bầu trời có màu xanh.

Vậy còn màu tím thì sao? Tím có bước sóng còn ngắn hơn xanh dương và về mặt vật lý cũng bị tán xạ mạnh. Tuy nhiên, Mặt Trời phát ra ít ánh sáng tím hơn, đồng thời mắt người nhạy với ánh sáng xanh hơn ánh sáng tím. Vì vậy, màu sắc mà chúng ta cảm nhận được chủ yếu là xanh dương.

Nếu ánh sáng xanh bị tán xạ khắp nơi, tại sao nhìn lên trời vẫn thấy xanh?

Đây là điểm khá thú vị.

Ánh sáng sau khi bị tán xạ không còn chỉ đi theo hướng ban đầu từ Mặt Trời xuống Trái Đất. Nó có thể tiếp tục đi theo nhiều hướng khác nhau. Vì vậy, khi chúng ta nhìn lên một vùng trời cách xa Mặt Trời, mắt vẫn nhận được ánh sáng xanh đã bị các phân tử trong khí quyển tán xạ.

Đó cũng là lý do bầu trời không chỉ xanh ngay quanh Mặt Trời mà gần như toàn bộ vòm trời đều có màu xanh vào một ngày quang đãng.

Tuy nhiên, màu xanh không phải lúc nào cũng giống nhau. Khi có nhiều bụi, khói, hơi nước hoặc các hạt lớn trong khí quyển, cách ánh sáng bị tán xạ cũng thay đổi. Đây là một trong những lý do bầu trời có thể trở nên trắng đục hoặc nhạt màu vào những ngày nhiều bụi và mây mù.

Nói cách khác, màu xanh mà chúng ta nhìn thấy không phải do khí quyển tự có màu xanh, mà là kết quả của ánh sáng tương tác với khí quyển.

Vì sao hoàng hôn lại chuyển sang màu đỏ?

Nếu cùng một bầu trời nhưng ban ngày có màu xanh, tại sao lúc bình minh hoặc hoàng hôn lại có thể chuyển sang vàng, cam rồi đỏ?

Khi Mặt Trời ở gần đường chân trời, ánh sáng phải đi qua một lớp khí quyển dày hơn nhiều trước khi tới mắt chúng ta so với lúc Mặt Trời ở trên cao. Trên quãng đường dài hơn này, phần ánh sáng xanh và tím bị tán xạ ra khỏi hướng truyền tới mắt nhiều hơn.

Sau khi phần ánh sáng bước sóng ngắn bị tán xạ đi, những màu có bước sóng dài hơn như đỏ, cam và vàng có cơ hội truyền qua khí quyển đến mắt chúng ta nhiều hơn. Vì vậy, Mặt Trời và vùng trời xung quanh có thể chuyển sang những gam màu đỏ cam rất rõ.

Đó cũng là lý do một buổi hoàng hôn có nhiều bụi hoặc các hạt nhỏ trong khí quyển đôi khi có màu sắc đặc biệt rực rỡ. Các hạt này có thể làm thay đổi cách ánh sáng bị tán xạ và truyền qua khí quyển.

Vậy nên, bầu trời xanh và hoàng hôn đỏ thực ra không phải hai hiện tượng hoàn toàn tách biệt. Chúng đều bắt nguồn từ một câu chuyện chung: ánh sáng Mặt Trời đi qua khí quyển và bị tán xạ theo những cách khác nhau.

Một màu xanh mà chúng ta nhìn thấy gần như mỗi ngày vì thế lại là kết quả của cả một quá trình vật lý diễn ra liên tục phía trên đầu. Và cũng nhờ quá trình ấy, mỗi khi Mặt Trời xuống thấp, bầu trời quen thuộc lại có thể biến thành một bức tranh với những sắc đỏ, cam và vàng hoàn toàn khác.

Thiên An