Kde se berou červánky? A jsou i ráno?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Médiu.

Abychom mohli na dotaz odpovědět, budeme si muset nejprve vysvětlit, proč je nebe modré a proč jsou nejčastěji mraky bílé. K tomu budeme potřebovat vědět něco o světlu, které k nám přichází od slunce.

Sluneční světlo je bílé, protože je složeno z jednotlivých barev viditelného spektra. Každá barva odpovídá vlně s jinou vlnovou délkou (vzdálenost maxim nebo minim vlny).

Když si barvy seřadíme podle vzrůstající vlnové délky, dostaneme fialovou, modrou, zelenou, žlutou, oranžovou, červenou a rudou. Jak uvidíme, vlnová délka světla hraje zásadní roli v procesech, které dávají vzniknout barvám nebe a mraků.

Když bílé sluneční paprsky narazí na nejsvrchnější vrstvu zemské atmosféry, začnou se jednotlivé vlny rozptylovat na molekulách a atomech plynů, které tuto vrstvu atmosféry tvoří. Tomuto rozptylu říkáme Rayleighův [1] a dochází k němu, když atomy a molekuly, na kterých se světlo začne rozptylovat, jsou daleko menší než vlnové délky viditelného světla.

Lépe se rozptyluje světlo o kratších vlnových délkách, tedy modrá část viditelného spektra. Proto se nejsvrchnější část atmosféry bude jevit jako fialová a nižší vrstva atmosféry, kterou pozorujeme ze země, se bude jevit jako modrá. Rayleighův rozptyl společně s větší citlivostí oka na modrou barvu tedy objasňuje, proč je nebe modré. Ale proč jsou mraky bílé?

Mraky jsou tvořené vodními kapičkami, které jsou podstatně větší než atomy a molekuly v atmosféře [2]. Jejich velikost je přibližně srovnatelná s vlnovou délkou viditelného světla, proto v mracích převládá jiný typ rozptylu, který označujeme jako Mieův rozptyl [3]. Jeho intenzita nezávisí na vlnové délce, a proto se všechno bílé světlo rozptyluje s podobnou intenzitou. Výsledkem je, že mraky se jeví jako bílé.

Ale mraky nejsou vždy jen bílé. Jak při východu, tak při západu slunce může dojít k tomu, že se mraky zbarví do odstínů červené nebo oranžové. Děje se tak v kombinaci Rayleighova a Mieova rozptylu.

Při východu i západu je slunce nízko nad obzorem, a tak jeho paprsky procházejí atmosférou blízko zemskému povrchu, kde má atmosféra nejvyšší hustotu. To způsobí silný lom světla a Rayleighův rozptyl modré části spektra.

V konečném důsledku je bílé sluneční světlo ochuzeno o všechny krátké vlnové délky a do nižší atmosféry se dostane jen světlo o dlouhých vlnových délkách, které odpovídají oranžové a především červené barvě; nebe proto začne červenat. V mracích dojde k Mieovu rozptylu tohoto převážně červeného světla, a tak se budou mraky jevit jako nám dobře známé červánky.

Na závěr tedy můžeme shrnout, že červánky mohou vznikat jak při východu, tak při západu slunce, jelikož při obou dějích se slunce nachází nízko nad obzorem, což je určující faktor, který vede ke vzniku červánků.

Jinými slovy, v ranním pozorování červánků nestojí v cestě fyzika, ale spíš pozdní vstávání nebo panorama města, které může vadit ve výhledu.

Za Zeptej se vědce odpovídal Vítek

Ing. Vít Svoboda, Dr. sc. ETH Zürich, JILA — CU Boulder & NIST

Odbornou revizi poskytla Mgr. Barbora Fordey, optička na rodičovské dovolené

Odpověď editovali Luděk Vašta a Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc. ETH Zürich, University of Colorado Boulder, Geological Sciences & Institute of Arctic and Alpine Research

[1] https://doi.org/10.1029/97JD02225

[2] https://doi.org/10.1002/qj.49709942013

[3] https://doi.org/10.1364/AO.7.000415

Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422