Dowiedz się, jakiego koloru jest Słońce i jakie czynniki wpływają na nasze postrzeganie jego barwy.
To pytanie może wydawać się głupie: “Jakiego koloru jest Słońce?”. Każdy wie, że Słońce jest żółte, prawda? Jest ono widoczne na niebie; wystarczy tylko spojrzeć, aby się o tym przekonać.
Okazuje się, że to pozornie proste pytanie ma wiele absolutnie poprawnych i zupełnie różnych odpowiedzi.
Jakiego koloru jest Słońce: czynniki, które wpływają na nasze postrzeganie jego koloru
Na nasze postrzeganie koloru wpływa oczywiście długość fali emitowanego światła, intensywność emitowanego światła, czynniki środowiskowe, zdolność i ograniczenia naszych oczu do zbierania światła, a wreszcie nasz mózg. Zacznijmy więc od długości fali światła.
1. Długość fali światła
Jak każda materia, Słońce emituje “widmo ciała doskonale czarnego”, które jest określone przez temperaturę jego powierzchni. Widmo ciała doskonale czarnego to ciągłe promieniowanie o różnych długościach fal, które jest emitowane przez każde ciało o temperaturze powyżej zera bezwzględnego.
W przypadku naszego Słońca, ta krzywa ciała doskonale czarnego, lub “funkcja Plancka”, jest gładką, niemal dzwonowatą krzywą, która obejmuje promieniowanie elektromagnetyczne (EM) o różnych długościach fal, od bardzo długich fal podczerwonych do bardzo krótkich fal ultrafioletowych.
Podczas bardzo gorących, wybuchowych, wysokoenergetycznych rozbłysków słonecznych, Słońce emituje ogromne ilości promieniowania rentgenowskiego i gamma – do 100 MeV energii i do 1032 ergów energii w ciągu zaledwie kilku lub kilkudziesięciu sekund!
Te masywne rozbłyski słoneczne to ogromne eksplozje w atmosferze Słońca spowodowane nagłym uwolnieniem energii pola magnetycznego, które zwykle występują w pobliżu maksimum aktywności słonecznej. Rozbłyski przyspieszają również plazmę naładowanych cząstek do dużych prędkości, powodując emisje radiowe.
Słońce emituje więc energię na wszystkich długościach fal, od radiowych po promienie gamma. Jednak, jak widać na powyższym obrazku, najwięcej energii emituje w obszarze 500 nm, który jest zbliżony do światła niebiesko-zielonego. Dlatego możemy powiedzieć, że Słońce jest niebiesko-zielone!
Ta maksymalna częstotliwość emisji jest regulowana przez temperaturę powierzchni Słońca, około 5800 K. Wyższa temperatura powierzchni prowadzi do krótszej maksymalnej długości fali, a nasze Słońce może osiągnąć szczyt w niebieskiej lub fioletowej części widma (a nawet w ultrafiolecie!).
Przy niższej temperaturze powierzchni szczyt promieniowania słonecznego może występować w żółtej, pomarańczowej lub nawet czerwonej części widma. Ale to jest fizyka, a nie percepcja.
2. Strumień fotonów
W tym miejscu należy zwrócić uwagę na inną charakterystykę widmową Słońca – strumień fotonów. Jeśli zastosujemy zależność Maxa Plancka E = hf (tj. energia = stała Plancka pomnożona przez częstotliwość) i przeliczymy promieniowanie słoneczne na liczbę fotonów, odpowiedź spektralna w widzialnym zakresie długości fal będzie znacznie bardziej płaska, a Słońce będzie postrzegane jako bardziej żółte.
Gdybyśmy znajdowali się ponad atmosferą, powiedzmy na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, i patrzyli na Słońce (przez naszą przyłbicę filtrującą), Słońce wydawałoby się białe!
Dlaczego?
Ponieważ, chociaż Słońce emituje najsilniejsze światło w zielonej części widma, emituje również silne światło we wszystkich widzialnych kolorach, od czerwonego do niebieskiego (400 do 600 nm). Nasze oczy, które mają trzy receptory kolorów w komórkach stożkowych, informują mózg, że każdy receptor koloru jest w pełni nasycony, a znaczące kolory są postrzegane na wszystkich widzialnych długościach fal. Nasz mózg następnie integruje te sygnały z percepcją koloru białego.
3. Wpływ atmosfery
Tutaj, na Ziemi, atmosfera odgrywa rolę w kształtowaniu koloru słońca. Ponieważ krótsze fale światła niebieskiego rozpraszają się bardziej efektywnie niż dłuższe fale światła czerwonego, tracimy część niebieskiego światła słonecznego, gdy przechodzi ono przez atmosferę.
Ponadto wszystkie długości fal światła widzialnego przechodzące przez naszą atmosferę są tłumione, dzięki czemu światło docierające do naszych oczu nie nasyca natychmiast receptorów stożkowych. Umożliwia to mózgowi postrzeganie kolorów z obrazu z nieco mniejszą ilością niebieskiego i żółtego.
Chociaż nie ma to wpływu na to, co widzą nasze oczy, wszystkie promienie rentgenowskie i gamma są filtrowane, zanim dotrą do ziemi. Większość promieniowania ultrafioletowego jest pochłaniana przez ozon stratosferyczny (powyżej 10 km), a większość promieniowania podczerwonego jest pochłaniana przez parę wodną i inne cząsteczki o niezerowych momentach dipolowych.
Oczywiście, gdy światło słoneczne przechodzi przez atmosferę, tak jak ma to miejsce o wschodzie i zachodzie słońca, jeszcze więcej niebieskiego światła jest rozpraszane, a znacznie większy procent światła o najdłuższej długości fali (czerwonego) dociera do naszych oczu.
Jak więc widać, nie ma prostej odpowiedzi na pytanie o kolor Słońca. Powszechnie panuje błędne przekonanie, że Słońce jest żółte, pomarańczowe lub nawet czerwone. Jednak Słońce to zasadniczo wszystkie kolory zmieszane razem, które wydają się białe dla naszych oczu.
Źródło: https://eclipse2017.nasa.gov/
