ทำไมท้องฟ้าเป็นสีฟ้า?
เธอเห็นท้องฟ้านั่นไหม? เห็นแล้วสงสัยเหมือนกันไหมว่าทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า วันนี้เรามีคำตอบมาให้ แต่ก่อนจะไปฟังคำตอบ มีสองเรื่องที่เราต้องทำความเข้าใจ
เธอเห็นท้องฟ้านั่นไหม? เห็นแล้วสงสัยเหมือนกันไหมว่าทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า วันนี้เรามีคำตอบมาให้ แต่ก่อนจะไปฟังคำตอบ มีสองเรื่องที่เราต้องทำความเข้าใจ
เรื่องแรก ต้องเข้าใจว่า ‘ท้องฟ้า’ ที่อยู่บนศีรษะเรานั้นอาจจะดูว่างเปล่า ดูเหมือนไม่มีอะไร แต่ความจริงแล้วท้องฟ้าเป็นชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยโมเลกุลของต่างๆ ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็ก และโมเลกุลของฝุ่น ละอองน้ำ ผลึกเกลือ ฯลฯ ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ล่องลอยอยู่เต็มไปหมด
เรื่องที่สองก็คือ ‘แสง’ แสงที่ว่านี้คือแสงจากดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็นเป็นแสงสีขาว ซึ่งในแสงสีขาวนี้จะประกอบไปด้วยแสงสีที่เรามองไม่เห็นอีกหลายสี ได้แก่ สีม่วง สีคราม สีน้ำเงิน สีเขียว สีเหลือง สีแสด และสีแดง
ที่ต้องทำความเข้าใจก็เพราะว่าทั้งสองเรื่องนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า (และสีอื่นๆ ที่เปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลา) โดยเมื่อแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ส่องมายังพื้นโลกในรูปแบบของคลื่น ก็ต้องเดินทางผ่านสิ่งที่ล่องลอยอยู่ในท้องฟ้า นั่นคือโมเลกุลของแก๊สและฝุ่นละอองต่างๆ
ทีนี้พอคลื่นแสงไปชนกับเจ้าโมเลกุลเล็กๆ ที่เรามองไม่เห็นเหล่านี้ก็จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ‘การกระเจิงของแสง’ (Scattering) ซึ่งหมายถึงการที่คลื่นแสงเดินทางไปชนกับอนุภาคเล็กๆ ในอากาศ แล้วกระเด็นออกไปทุกทิศทาง ทำให้เราเห็นแสงเป็นสีต่างๆ ยกตัวอย่างให้เห็นภาพก็คือ เหมือนคลื่นบนผิวน้ำที่กระทบกับเขื่อนแล้วสะท้อนกลับในทิศทางต่างๆ
ถามว่าทำไมเราถึงเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า ก็เพราะว่าคลื่นแสงทั้งเจ็ดสีที่รวมกันเป็นสีขาวจะมีคุณสมบัติในการกระเจิงแสงได้ต่างกัน ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ถ้าเรียงลำดับความยาวคลื่นจากสั้นที่สุดไปหายาวที่สุดก็จะได้สีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง
ความสัมพันธ์ของความยาวคลื่นแสงกับการกระเจิงแสงก็คือ แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นจะกระเจิงแสงมาก ได้แก่ แสงสีม่วง คราม น้ำเงิน ส่วนแสงที่มีความยาวคลื่นยาว ได้แก่ แสงสีเหลือง แสด แดง จะกระเจิงแสงน้อย
ตอนกลางวันที่พระอาทิตย์อยู่บนศีรษะเรา แสงแดดจะทำมุมชันกับพื้นโลก คือส่องลงมาตรงๆ ทำให้แสงเดินทางผ่านบรรยากาศเป็นระยะทางสั้นๆ แสงที่มีความยาวคลื่นสั้น อย่างแสงสีม่วง คราม และน้ำเงิน ก็จะกระเจิงเต็มท้องฟ้า ทำให้เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้าในเวลากลางวัน
ส่วนในตอนเช้าที่พระอาทิตย์เพิ่งโผล่พ้นขอบฟ้าหรือช่วงเย็นๆ ที่พระอาทิตย์กำลังจะตกดิน แสงอาทิตย์จะทำมุมลาดกับพื้นโลก ทำให้แสงเดินทางผ่านบรรยากาศเป็นระยะทางยาว คลื่นแสงที่กระเจิงแสงได้ดีอย่างแสงสีม่วง คราม น้ำเงิน จะถูกกระเจิงทิ้งไปหมดก่อนจะถึงตาเรา ทำให้เหลือแสงสีแดง ส้ม ซึ่งกระเจิงได้น้อยยังหลงเหลืออยู่ เราจึงได้เห็นท้องฟ้าสีส้มๆ แดงๆ ที่ดูเหงาๆ หน่อย
ผู้ที่ไขความลับนี้ให้กับมวลมนุษยชาติใต้ผืนฟ้า ก็คือ ลอร์ด เรย์ลิงห์ (Lord Rayleigh) หรือ จอห์น วิลเลียม สตรัตต์ (John William Strutt) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ซึ่งเป็นผู้ที่อธิบายกระบวนการนี้เป็นคนแรกในปี ค.ศ. 1870 และกระบวนการนี้ก็ถูกเรียกว่า ‘เรย์เลห์ สแคตเตอริง’ (Rayleigh Scattering) ตามชื่อของเขา
