ఆకాశం నీలంగా ఎందుకు ఉంటుంది?

ఎండగా ఉన్న రోజు పైకి చూస్తే మనకి ఆకాశం నీలం రంగులో కనిపిస్తుంది. సూర్యాస్తమయం అయ్యేసరికి ఆకాశం రంగు ఎరుపుగానో, లేక నారింజ రంగులోనో కనిపిస్తుంది. ఆకాశం నీలం రంగులో ఎందుకు కనిపిస్తుంది? సూర్యుడు అస్తమించే సమయం లో ఎరుపు రంగు ఎలా వస్తుంది? ఈ ప్రశ్నలకి సమాధానం తెలుసుకోవాలంటే మనం ముందుగా కాంతి గురించి, వాతావరణం గురించి తెలుసుకోవాలి.


వాతావరణం:
భూమి చుట్టూ ఉండే వాతావరణం, వాయు అణువులతోను, ఇతర పదార్థాలతో నిండి ఉంటుంది. అందులో అధికంగా నైట్రోజెన్ (78 %), ఆక్సిజన్ (21 %) ఉంటాయి, ఆ తరువాత ఆర్గాన్ వాయువు మరియు నీరు(ఆవిరి, నీటి బొట్లు, మంచు కణికల రూపంలో) మిళితమై ఉంటాయి. మరి కాస్త తక్కువ శాతంలో ఇతర వాయువులు, దుమ్ము, మసి, బూడిద, పుప్పొడి, లంటి చిన్న ఘనరేణువులు మరియు సముద్రాల నుండి ఉప్పు ఉంటాయి. వాతావరణం కూర్పు మన ఉన్న ప్రదేశాన్ని బట్టి, ఉష్ణోగ్రత బట్టి, అనేక ఇతర విషయాలు ఫై ఆధారపడి మారుతూ ఉంటుంది. అంటే సముద్రం సమీపంలో కాని, గాలివాన తరువాత కాని గాలిలో ఎక్కువ నీరు శాతం ఉంటుంది. అగ్నిపర్వతాల విస్ఫోటాల వల్ల వాతావరణంలో పెద్ద మొత్తం లో దుమ్ము రేణువులు ప్రవేశీస్తాయి. కాలుష్యం వల్ల వివిధ రకాల వాయువులు, దుమ్ము, పొగ మొదలైనవి వాతావరణంలో కలుస్తాయి. భూమికి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు వాతావరణం లో అధిక సాంద్రత ఉంటుంది, భూమికి దూరంగా పైకి వెళ్తున్నకొద్ధీ సాంద్రత తగ్గుతూ ఉంటుంది.

కాంతి తరంగాలు :

కాంతి ఒక రకమైన శక్తిగా తరంగాల రూపంలో ప్రసరిస్తుంది. ఎన్నో రకాల శక్తి రూపాలు తరంగాలుగా ప్రసారం అవుతాయి. ఉదాహరణకు కంపించే వాయు తరంగమే ధ్వని. విద్యుత్ మరియు ఆయిస్కాంత ప్రకంపనల వల్ల కాంతి తరంగాలు ఏర్పడుతాయి. ఇది విద్యుతయస్కాంత వర్ణమాలలో ఒక చిన్న భాగం మాత్రమే. దీనినే విధ్యుతయిస్త్కాంత వర్ణమాల (electromagnetic spectrum) అంటారు. విద్యుతయస్కాంత తరంగాలు అంతరిక్షంలో 299,792km/sec (186,282 miles/sec) వేగం తో ప్రయాణిస్తాయి. దీనిని కాంతి వేగం అంటారు.

కాంతి యొక్క శక్తి దాని తరంగధైర్ఘ్యము (wavelength) మరియు పౌనఃపున్యం (frequency) ఫై ఆధారపడి ఉంటుంది. తరంగం యొక్క గరిష్ఠబిందువుల మధ్య దూరమే తరంగధైర్ఘ్యము. ఒక సెకనుకి ఎన్ని తరంగాలు ప్రవహిస్తాయో ఆ విలువని పౌనఃపున్యం అంటారు. కాంతి యొక్క తరంగధైర్ఘ్యము పెద్దది అయ్యే కొద్ది, పౌనఃపున్యం కూడా తగ్గుతుంది. దానితో పాటు శక్తి కూడా తగ్గుతుంది.

కాంతి - రంగులు :

మన కళ్ళతో చూడగలిగే కాంతి విద్యుదయస్కాంత వర్ణమాల లో ఒక భాగమే. సూర్యుడి నించి వచ్చే కాంతి గాని, ఒక బల్బ్ నించి వచ్చే కాంతి గాని మన కళ్ళకు తెల్లగా కనిపించినా, అది నిజానికి ఎన్నో రంగుల కలియిక. మనం కాంతిని పట్టకం తో విభాజింజచడం ద్వార వర్ణమాల యొక్క అనేక రంగులు చూడగలుగుతాం. అలాగే మనం ఆకాశం లో ఇంద్రధనస్సు ఉన్నప్పుడు కూడా వర్ణమాలని చూడగలుగుతాము.

వర్ణమాలలోని రంగులు ఒక దానిలో ఒకటి కలిసిపోతాయి. వర్ణమాలలో ఒక చివర ఎరుపు మరుయు నారింజ రంగులు ఉంటాయి. అవి క్రమంగా పసుపు, ఆకుపచ్చ, నీలం, నీలిమందు, ఊదా రంగులోకి మారుతాయి. ఈ రంగులకి వేర్వేరు తరంగధైర్ఘ్యాలు, పౌనఃపున్యాలు, శక్తులు కలిగి ఉంటాయి. దృశ్య వర్ణమాలలో (visible spectrum) స్పెక్ట్రం యొక్క వర్ణపటం లో ఊదా రంగు అన్నిటికంటే అతి తక్కువ తరంగధైర్ఘ్యము కలిగి ఉంటుంది, అంటే అది అత్యధిక, పౌనఃపున్యాన్ని, శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. ఎరుపుకు పొడవాటి తరంగధైర్ఘ్యము మరియు అత్యల్ప పౌనఃపున్యం, మరియు శక్తి ఉంటాయి.
గాలి లో కాంతి : 

అవరోధం లేనంతవరకు ఆకాశంలో కాంతి ఎప్పుడూ తిన్నగా ప్రయాణిస్తుంది. కాంతి ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు వాతావరణంలో దుమ్ము పదార్థాలు లేక వాయువు అణువులు అడ్డు వచ్చినప్పుడు కాంతి యొక్క గతి తప్పుతుంది. అలా ఓ కిరణం ఓ అవరోధాన్ని ఎదుర్కున్నప్పుడు, ఆ కిరణంలో ఎలాంటి మార్పు వస్తుంది అన్నది ఆ కిరణం యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం మీద, ఢీకొన్న వస్తువు యొక్క పరిమాణం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది.

మనకి కనిపించే కాంతి తరంగధైర్ఘ్యము కంటే వాయువు లో ఉన్న దుమ్ము రేణువులు, నీటి చుక్కుల పరిమాణం పెద్దవిగా ఉంటాయి. కాంతి ఆ పెద్ద కణాలను ఢి కొట్టినప్పుడు, వివిధ కోణాల్లో వెనక్కు తుళ్లడం, పరావర్తనం చెందడం జరుగుతుంది. అది జరిగినప్పుడు కాంతిలో ఉండే వివిధ రంగుల కిరణాలన్నీ ఒకే విధంగా పరావర్తనం చెందుతాయి. ఆ ప్రతిబింబించిన కాంతి లో అన్ని రంగులూ ఉన్న కారణంగా మనకు ఆ కాంతి తెలుపు రంగులోనే కనిపిస్తుంది.

కాని వాయు అణువులు మనకు కనిపించే కాంతి తరంగధైర్ఘ్యము కంటే చిన్నవిగా ఉంటాయి. వాయు అణువును కాంతి డీ కొట్టినప్పుడు, ఆ అణువు కాంతిని కొంత వరకు గ్రహిస్తుంది. అలా కాంతిని గ్రహించిన అణువు తరువాత వివిధ దిశలలో కాంతిని విడుదల చేస్తుంది. ఏ రంగులో కాంతిని గ్రహించిందో అదే రంగుని విడుదల చేస్తుంది. వాయు అణువు అన్ని రంగులని గ్రహించినా, తక్కువ పౌనఃపున్యం గల (ఎరుపు)ల కంటే ఎక్కువ పౌనఃపున్యం గల నీలం కాంతిని ఎక్కువగా గ్రహిస్తుంది. ఈ ప్రభావాన్ని 1870 లో ర్యాలీ (Rayleigh) అనే ఒక ఆంగ్ల శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్న కారణంగా దీన్ని ర్యాలీ పరిక్షేపం (Rayleigh scattering) అని పిలుస్తారు.

ఆకాశం నీలంగా ఎందుకు ఉంటుంది:

Rayleigh పరిక్షేపం కారణంగా ఆకాశం నీలంగా కనిపిస్తుంది. పొడవైన తరంగాలు గల కిరణాలు వాతావరణం లో నిరాఘాటంగా ప్రయాణిస్తూ నేలని చేరుతాయి. కొంత వరకు ఎరుపు, నారింజ మరియు పసుపు రంగులు మాత్రం గాలి వల్ల ప్రభావితమవుతాయి. అయితే పొట్టివైన నీలి తరంగాలు వాయు అణువుల చేత గ్రహించబడుతాయి. గ్రహించబడ్డ నీలి కిరణాలు మళ్లీ నానా దిశలలోను విరజిమ్మ బడతాయి, అంటే పరిక్షేపం చెందుతాయి. ఆ నీలి కాంతులే ఆకాశం అంతా వ్యాపిస్తాయి. అందుకే మనం ఎక్కడ నుంచి చుసినా పగలు సూర్యుడు ఆకాశం లో ఉన్నప్పుడు ఆకాశం మనకు నీలం రంగు లో కనిపిస్తుంది.

నలుపు ఆకాశం - తెలుపు సూర్యుడు:

భూమి మీద నుండి చూసినప్పుడు సూర్యుడు పసుపు రంగులో కనిపిస్తాడు. మనం అంతరిక్షం లో నుంచి, లేదా చంద్రుడు మీద నుంచి చూసినప్పుడు సూర్యుడు తెలుపు రంగులో కనిపిస్తాడు. అంతరిక్షం అంతా శున్యం కనుక, అక్కడ వాతావరణం ఉండదు కనుక కాంతి పరిక్షేపం చెందదు. అందుకే అక్కడ నుంచి చూసినప్పుడు మన కంటికి ఆకాశం నీలంగా కాకుండా వెలుతురు లేనట్టు, నల్లగా, చీకటిగా కనిపిస్తుంది.సూర్యాస్తమయం ఎరుపు రంగులో ఎందుకు ఉంటుంది:

సూర్యాస్తమయం జరిగేటప్పుడు కాంతి మన వరకు చేరటానికి వాతావరణం లో ఎంతో దూరం ప్రయాణించ వలసి ఉంటుంది. కనుక దారిలో చాలా వరకు కాంతి పరావర్తనం చెందుతుంది, పరిక్షేపం చెందుతుంది. మన వరకు తక్కువ కాంతి మాత్రమే చేరుతుంది కాబట్టి సూర్యుడు తక్కువ ప్రకాశవంతంగా కనిపిస్తాడు. అధిక పౌనఃపున్యం గల నీలం మొదలైన రంగులు దారిలో వాతావరణంలోనే గ్రహించబడతాయి. పొడవాటి తరంగాలు గల ఎరుపు, నారింజ కాంతులు మాత్రమే మన వరకు వస్తాయి. అందుకే సూర్యాస్తమయం ఎరుపు, నారింజ రంగుల్లో కనిపిస్తుంది.