Dlaczego niebo nie jest fioletowe: widmo razy czułość oka

Trzy przyczyny rozpisane osobno i pokazane jako jeden iloczyn — z wykresem, na którym widać, gdzie znika fiolet.

Trzy przyczyny · rozpisane osobno

Dlaczego pytanie jest trudniejsze, niż wygląda

W Rozdziale 5 podaliśmy trzy powody, dla których niebo nie jest fioletowe, i twierdziliśmy, że żaden sam nie wystarcza. Tutaj można to zobaczyć jako iloczyn.

To, co widzimy, jest wynikiem przemnożenia przez siebie trzech funkcji długości fali:

1. Ile Słońce wysyła. Widmo Słońca jest zbliżone do ciała doskonale czarnego o temperaturze 5778 K, z maksimum w okolicy 500 nm — czyli w zieleni. Ku fioletowi natężenie spada; przy 400 nm jest już o jakieś 20 procent niższe niż w szczycie, a poniżej 380 nm spada gwałtownie.

2. Ile z tego dolatuje. Ozon w stratosferze pochłania silnie poniżej mniej więcej 310 nm i coraz słabiej do około 350 nm — to jego pasmo pochłaniania, czyli zakres fal, które trafiają w rezonans elektronów ozonu i zamieniają się w ciepło (Rozdział 3). Fioletu przy 400 nm ozon już prawie nie rusza; jego drugie, słabe pasmo zaczyna się dopiero w błękicie i jest najsilniejsze w pomarańczu (mapa pasm w Dodatku C). Fiolet traci po drodze głównie przez samo rozpraszanie, które usuwa krótkie fale z wiązki bezpośredniej najskuteczniej — im krótsza fala, tym mniejsza szansa, że przeleci prosto.

3. Ile z tego widzimy. Czopki S („niebieskie”) mają maksimum czułości przy 420 nm, ale ich udział w całkowitej wrażliwości oka jest niewielki — jest ich najmniej ze wszystkich trzech typów. Ogólna czułość oka na jasność ma szczyt przy 555 nm, w zieleni, i przy 400 nm spada do kilku procent tej wartości.

Zgrubny rachunek: fiolet wobec błękitu

Rozpraszanie, 400 nm wobec 470 nm: (470/400)⁴ = 1,90 — fiolet wygrywa

Natężenie w widmie Słońca: ≈ 0,80 — fiolet traci

Straty po drodze, głównie przez rozpraszanie: ≈ 0,85 — fiolet traci

Czułość oka: ≈ 0,25 — fiolet traci mocno

Iloczyn: 1,90 × 0,80 × 0,85 × 0,25 ≈ 0,32

Czyli mimo prawie dwukrotnej przewagi w rozpraszaniu, fiolet dociera do naszej świadomości trzykrotnie słabiej niż błękit. Liczby są zgrubne i zależą od przyjętych krzywych, ale kierunek i rząd wielkości są solidne.

Zwróćmy uwagę, że gdyby zabrakło którejkolwiek z trzech ostatnich pozycji, wynik wyszedłby bliski jedności albo powyżej — i niebo miałoby wyraźnie fioletowy odcień. Dlatego jednozdaniowe wyjaśnienia typu „bo oko nie widzi fioletu” są niewystarczające.

Kto widzi inaczej

Afakia i niebo lekko lawendowe

Soczewka oka pochłania ultrafiolet i część fioletu: to pasmo pochłaniania jej białek, których elektrony rezonują w ultrafiolecie — ten sam mechanizm, co w ozonie (Rozdział 3). Z wiekiem soczewka żółknie i jej pasmo sięga coraz dalej w fiolet i błękit. Osoby po usunięciu soczewki bez wszczepienia implantu blokującego UV — stan zwany afakią — widzą wyraźnie dalej w fiolet, a niektóre relacjonują postrzeganie ultrafioletu jako bladego błękitu.

Takie osoby opisują niebo jako lawendowe, nie czysto niebieskie. To dobre przypomnienie, że kolor nie jest własnością nieba, tylko wynikiem spotkania światła z konkretnym przyrządem. Zmienia się przyrząd — zmienia się kolor.

Wiele owadów widzi w ultrafiolecie i dla nich rozkład jasności nieba jest jeszcze bardziej skrajny niż dla nas: kontrast między niebem a chmurami czy roślinnością wygląda zupełnie inaczej.

← Spis treści ↑ Rozdział 5: Dlaczego niebo jest niebieskie