Afhankelijk van de tijd van de dag en het weer is de lucht soms blauw, soms rood, soms grijs. Maar waarom is de lucht blauw en wat is de natuurkunde hierachter? We leggen het je uit.
Spectraal kleuren en de blauwe lucht
Als de lucht op zijn mooist blauw is als de zon schijnt, komt dat omdat het licht van de zon wordt afgebogen door de kleinste deeltjes in onze atmosfeer. Dit zijn meestal heerlijke dagen met lekker warme zonneschijn, waardoor je heerlijk in je tuin bezig kunt. Simpel gezegd bestaat zonlicht uit vele afzonderlijke lichtstralen die zich als een golf voortbewegen. Als we al deze lichtstralen tegelijk zien, lijkt het licht voor ons wit.
Maar zodra het licht een prisma of zelfs regendruppels onder een bepaalde hoek raakt, kunnen we de afzonderlijke lichtstralen zien, de zogenaamde spectraal kleuren: bijvoorbeeld in een regenboog die bestaat uit de kleuren rood, oranje, geel, groen, blauw en violet. Het licht van elk van deze spectrale kleuren heeft een andere golflengte, dat wil zeggen een andere afstand tussen twee opeenvolgende golfkammen. Rood licht heeft bijvoorbeeld een lange golflengte, terwijl blauw licht een heel korte golflengte heeft.
De blauwe lucht overdag
Als de zon hoog aan de hemel staat, is de weg die het licht door de aardatmosfeer moet afleggen relatief kort. Het grootste deel van de aardatmosfeer bestaat uit de moleculen stikstof en zuurstof. De lichtstralen raken deze kleine deeltjes in de lucht en worden erdoor afgebogen, of beter gezegd: ze worden verstrooid. Het kortgolvige blauwe licht wordt sterker verstrooid door de luchtmoleculen dan het langgolvige rode licht. Dus omdat vooral blauw licht wordt weerkaatst door de kleinste luchtdeeltjes, zien wij de wolkenloze, heldere lucht blauw.
Rayleighverstrooiing geeft de lucht zijn kleur
In de 19e eeuw werd dit natuurkundige principe ontdekt door de Engelsman John William Strutt, derde baron Rayleigh. Ter ere van hem wordt het fenomeen dat ons de blauwe lucht geeft Rayleighverstrooiing genoemd. Het beschrijft niet alleen specifiek waarom de lucht blauw is en wat er gebeurt als zonlicht wordt verstrooid door luchtmoleculen. Maar meer in het algemeen van toepassing op alle soorten elektromagnetische straling en op alle deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van deze straling. De kracht waarmee deze deeltjes de geabsorbeerde straling weer uitzenden is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte van deze straling: hoe kleiner de golflengte van de straling, hoe sterker deze dus wordt verstrooid.
Rood bij zonsopgang, grijs bij slecht weer
s Avonds of ’s ochtends kan de hemel er echter anders uitzien. Bij zonsopgang of zonsondergang staat de zon laag aan de hemel en moet het licht veel meer afstand afleggen voordat het de waarnemer bereikt. Het kortgolvige blauwe licht wordt dan al na een korte afstand onderschept door de moleculen en alleen de langgolvige rode component bereikt ons.
Maar zoals we weten, toont de hemel ons niet altijd zijn mooiste kleurenpracht. Als de zomer ten einde is, kan de hemel er grijs en dof uitzien. Dit is altijd een teken van stoffige of vochtige lucht – om nog maar te zwijgen van een voortdurend wolkendek. Het zonlicht wordt niet eens opgesplitst in zijn spectrale kleuren door de relatief grote stof- en waterdeeltjes, maar wordt rechtstreeks gereflecteerd. Waardoor de lucht witgrijs lijkt.
