Waarom is de lucht blauw?

Waarom is de lucht blauw? – is dat een rare vraag?

Dit lijkt net zo’n vraag als “Waarom zijn de bananen krom?”, maar is toch wel anders. Veel mensen hebben zich afgevraagd waarom de lucht blauw is. De lucht is immers blauw zónder dat er een lichtbron is en zonder dat er een blauw oppervlak of object is waartegen het weerkaatst. Dat is dus best bijzonder, eigenlijk. Genoeg reden om ons over deze vanzelfsprekendheid te verwonderen.

De wetenschapper

Lord Rayleigh (1842 – 1919) was iemand die zich de vraag ook stelde. Hij heeft ontdekt dat de reden voor de blauwe lucht verstrooiing is, die dan ook toepasselijk Rayleigh-verstrooiing heet. Dat vergt een nadere uitleg. Licht bestaat uit (elektromagnetische) golven. Deze golven planten zich voort met, u raad het al, de lichtsnelheid. Nu kunnen deze golven zeer verschillende trillingsfrequenties hebben.

Je hebt golven en golven

Zo heb je radiogolven, waarmee je (analoge) radio en televisie kunt uitzenden en ontvangen, golven van gps-satellieten (waarmee je kunt navigeren), 5G-golven (voor de mobiele telefoon), infraroodstraling (dat je voelt als warmte),  zichtbaar licht in alle waarneembare kleuren, ultraviolet (waar je bruin van wordt), röntgenstraling (waarmee in het lichaam kan worden gekeken) en kosmische (gamma)straling (die schadelijk is en gelukkig voor het grootste deel door de atmosfeer wordt afgeschermd). Dit zijn allemaal voorbeelden van elektromagnetische golven die letterlijk maar in één ding verschillen: de golflengte. De golflengte is de afstand tussen twee opeenvolgende toppen van de trilling. 

Eindelijk het antwoord

Verstrooiing treedt op als licht door de lucht beweegt waar deeltjes in zitten die veel kleiner zijn dan de golflengte van het licht. De verstrooiing is sterker, naarmate de golflengte kleiner is. Blauw licht  heeft ongeveer de halve golflengte van rood licht, en door de Rayleigh-vetstrooiing wordt blauw licht daardoor maar liefst 16 keer zo sterk verstrooid als rood licht. Dus van zonlicht dat door de atmosfeer gaat, wordt vooral het blauwe licht verstrooid. En daarom is de lucht blauw!

Niet blauw: de zonsondergang

Dit is dan meteen óók de reden waarom de zonsondergang juist eerder rood is: dan is namelijk het licht met kortere golflengtes eruit ‘weg’verstrooid. En zien we (vrijwel) alleen het overblijvende rode licht van de zon die in de zee wegzakt. Hier een mooi voorbeeld, zoals we dat in Oostenrijk (Sibratsgfäll) zagen.

Weerkaatsing

Als de deeltjes groter zijn dan de golflengte van het licht, dan is er geen sprake van verstrooiing, maar eenvoudige weerkaatsing. Weerkaatsing is voor alle golflengtes hetzelfde. Daarom hebben bijvoorbeeld wolken geen eigen kleur en zijn ze wit of grijs, wat erg mooi kan zijn in de blauwe lucht. Hier ziet u de wolkjes mooi weerkaatst in het Canadameer bij Appelscha in Friesland.

Breking

Natuurlijk heb je ook nog de regenboog, maar dat is geen verstrooiing én geen weerkaatsing, maar breking van het licht dat door de waterdruppeltjes gaat. Bij het breken van licht in een waterdruppeltje is er weer wel een afhankelijkheid van de golflengte, waardoor het spectrum van licht zichtbaar wordt, hier ook weer in Oostenrijk (Kappl).

 Verwonderlijk waarneming

Eigenlijk zijn er nog veel meer verwonderlijke zaken. Bedenk maar eens hoe wij dit alles waarnemen: licht in de vorm van elektromagnetische golven komt onze ogen binnen, wordt door de ooglens scherp gesteld op ons netvlies, waar de golven omgezet worden in elektrische pulsjes die via de zenuwen naar het visuele gedeelte van het brein worden gevoerd (in het achterhoofd) via een kruising die ook een splitsing is. Daar wordt de informatie samengesteld tot een beeld en – met andere gedeelten van de hersenen – van betekenis voorzien.

Met dit artikeltje weet u als lezer nu waarom de lucht blauw is, maar misschien is de echte verwondering wel het menselijk systeem van visuele waarneming. 

Aan andere keer maar eens inzoomen op het oog, denk ik.

PS, de afgelopen week ben ik twee keer mijn concept tekst kwijtgeraakt door een ongelukkige muisbeweging. Ik hoop het gemiste artikel nog in te halen…