ทำไมท้องฟ้าตอนกลางวันจึงเป็น สีฟ้า ทำไมไม่เป็นสีดำในเมื่อ จักรวาล นั้นเป็นสีดำ(ตามจริงก็ยังหาข้อสรุปกันไม่ได้ว่าจักรวาลมีสีอะไร) เหมือนตอนกลางคืน หลายคนอาจจะบอกว่าก็ตอนกลางวันมันมีแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ เลยไม่เป็นสีดำเหมือนตอนกลางคืน มันก็ถูกแต่ถ้าเป็นอย่างนั้น ทำไมตอนกลางวันฟ้าไม่เป็นสีขาว เหมือน แสงอาทิตย์

คำอธิบายง่ายๆของคำถามที่ว่า ทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า เกี่ยวข้องกับการที่แสงจากดวงอาทิตย์ทำปฏิกิริยากับชั้นบรรยากาศของโลก แต่ถ้าจะอธิบายให้เข้าใจ เราต้องมาอธิบายเกี่ยวกับแสงกันก่อน

นั้นซิ เรื่องนี้เป็นปริศนามายาวนานเท่าๆ ตั้งแต่มนุษย์แหงนหน้ามองฟ้าเป็นครั้งแรก มันก็เป็นคำถามที่ค้างคาในหัวสมองมา เผ่าพันธุ์ของเรามาแสนนาน

• จนกระทั้งเวลาล่วงเลยมาถึง ศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวไอริส นามว่า John Tyndall จึงสามารถอธิบายได้ว่า ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าได้ ด้วยทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ที่มีชื่อว่า ปรากฏการณ์ทินดอลล์ (Tyndall Effect) ที่ว่าแสงคลื่นสั้นเกิดการกระเจิง ได้ดีกว่าแสงคลื่นยาว เมื่อไปกระทบกับอนุภาคแขวนลอยในของเหลว

ภาพนี้จะเห็นว่า ทางขวามือมีการใช้ Pointer เลเซอร์ยิงผ่าน แก้วน้ำ2ใบ ใบทางขวาเป็นน้ำเปล่า จะมองไม่เห็นลำแสงเลเซอร์ที่วิ่งผ่าน แต่แก้วทางซ้ายเป็นน้ำที่มีตะกอนแขวนลอยแสงเลเซอร์ที่วิ่งผ่านจะวิ่งไปกระทบกับอนุภาคแขวนลอยในน้ำแล้วแสงจะเกิดการ กระเจิง สะท้อนเข้าดวงตาเราทำให้สามารถมองเห็นลำแสงสีแดง

เกี่ยวกับ ชั้นบรรยากาศ

• ในชั้นบรรยากาศนั้นประกอบ ไปด้วยโมเลกุลของแก็ส(เป็นอนุภาคขนาดเล็ก) และ ฝุ่น ผง เถ้า ผลึกเกลือ ผลึกน้ำแข็ง ละอองน้ำ(กลุ่มนี้เป็นอนุภาคขนาดใหญ่)
• ยิ่งใกล้ผิวโลก อนุภาคต่างๆในในบรรยากาศยิ่งหนาแน่น

เกี่ยวกับ แสง

• แสง เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เดินทางเป็นคลื่น(รังสี) ตัวอย่างเช่นเสียงเป็นคลื่นสั่นสะเทือนของอากาศ ส่วนแสงเป็นคลื่นสั่นสะเทือนของไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก(เรียกว่า Electromagnetic waves คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เดินทางในอวกาศด้วยความเร็ว 299,792 km/sec ความเร็วนี้เรียกว่า ความเร็วแสง )
• รังสีของแสง มีพลังงานที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับ ความยาวคลื่น(wavelength) และความถี่(frequency)
• ความยาวคลื่น คือ ระยะทางระหว่างยอดคลื่นสองจุด (ยอดบนกับยอดบน ส่วนถ้าเป็น ยอดล่างก็วัดกับยอดล่าง)
• ความถี่ คือ คือจำนวนของคลื่นใน 1 วินาที
• นั้นหมายความว่า รังสีที่มีความยาวคลื่นมากจะมีความถี่ต่ำ และมีพลังงานน้อย
• ในทางตรงกันข้าม รังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นจะมีความถี่สูง แลมีพลังงานมาก
• แสงที่เราเห็นเป็นสีขาว ตามจริงถ้าส่องผ่านปริซึม จะมองเป็นเป็น หลายสี โดยสีม่วงมีคลื่นสั้นสุด และสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด

อธิบายว่าทำไม ตอนกลางวันฟ้าจึง เป็น สีฟ้า

• กลางวันแสงจากดวงอาทิตย์เดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของโลก เป็นระยะทางสั้นกว่าตอนเย็น(หรือตอนเช้า)
• อนุภาคต่างๆ มีจำนวนน้อย และขนาดเล็ก (พวกไอน้ำ ผลึกน้ำแข็งระเหยไป)
• แสงที่เดินทางผ่านมาในชั้นบรรยากาศ รังสีคลื่นสั้น(พวกสี น้ำเงิน เขียว ม่วง) จะเกิดการกระเจิงเมื่อกระทบกับอนุภาคต่างๆในบรรยากาศ ทั่วทั้งท้องฟ้า จนอาบผืนฟ้าทั้งหมดเป็น สีฟ้า แสงสีฟ้าบางส่วนก็สะท้อนเข้าดวงตาเรา ทำให้เห็นเป็นสีฟ้า(ดังภาพประกอบ)
• ส่วนแสงคลื่นยาว(พวกสีแดง เหลือง แสด) ที่ไม่เกิดการกระเจิงนั้นจะวิ่งไปในทิศทางที่พุ่งออกจากแนวสายตา ทำให้มีแสงในกลุ่มคลื่นยาวค่อนข้างน้อยที่เรามองเห็น

อธิบายว่าทำไม ตอนเย็นท้องฟ้าจึงเป็นสีเหลือง หรือ สีส้ม เพราะ

• เวลาเย็นดวงอาทิตย์จะทำแนวราบกับโลก ทำให้แสงเดินทางยาวกว่าตอน กลางวัน
• อนุภาคต่างๆ ในอากาศหนาแน่นขึ้น ขนาดใหญ่ขึ้น(เนื่องจากความร้อนที่สะสมในเวลากลางวันทำผิวโลกร้อน ดันให้ฝุ่นละอองต่างลอยตัวขึ้นด้านบนตามมวลอากาศร้อนที่จะลอยขึ้นที่สูง)
• แสงที่วิ่งผ่านบรรยากาศเมื่อกระทบกับอนุภาคในอากาศ รังสีสีน้ำเงินจะกระเิจิง ออกไปเรื่อยๆ ยิ่งระยะทางยาวก็กระเิจิงจนเหลือรังสี(แสงสีน้ำเงิน)เพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นที่จะเหลือถึงดวงตาเรา ในทางตรงกันข้ามแสงคลื่นยาว(สีแดง สีเหลือง สีแสด)ที่เหลือเป็นจำนวนมาก จะตรงเข้าสู่ดวงตาของเราโดยตรง(ตามแนวหัวลูกศรสีแดง) ทำให้เราเห็นท้องฟ้าเป็นสีเหลือง หรือ ส้ม

ข้อมูลอ้างอิง

http://www.sciencemadesimple.com/sky_blue.html

http://wowboom.blogspot.com/2011/06/why-sky.html

http://www.neutron.rmutphysics.com/teaching-glossary/index.php?option=com_content&task=view&id=9127&Itemid=11