يتسبب الجو الذي نعيش به ونتنفسه في حدوث العديد من الظواهر التي تستحق المشاهدة، كالسراب وقوس قزح...إلخ. وهناك ظواهر أخرى لا تقل إدهاشا ولكننا نعتبرها أمرا مسلما به لشدة تعودنا عليها؛ "فالسماء زرقاء" ملاحظة يمكن مشاهدتها يوميا (أو على الأقل عندما يكون الجو صافيا) ولكن لا يجب أن تمنعنا سذاجة الملاحظة عن طرح السؤال "لماذا السماء لونها أزرق؟" وبالمثل قد يبدو السؤال "لماذا الليل أسود اللون؟" ساذجا ولكننا سوف نرى العكس، فالإجابة عن هذه الأسئلة سوف تكشف لنا عن ظواهر طبيعية وفلكية مدهشة.
لماذا نرى السماء زرقاء ؟
نرى السماء زرقاء عند مشاهدتنا لها أثناء النهار وخلال الجو الصافي، ولقد اعتقدنا طويلا أن اللون الأزرق للسماء يرجع إلى انتشار (بمعنى انحراف) الضوء نتيجة لوجود حبات الغبار المعلقة بالجو. وحتى إننا قد اعتقدنا أن الهواء شديد النقاء (بدون غبار) لا يقوم بنشر الضوء. واليوم نعرف أن منذ عام 1899 عثر "ريليغ" على الشرح الصحيح لهذا فإن انتشار الضوء يرجع إلى جزيئات الهواء نفسها.
فإن الجو يضاء بالضوء الصادر من الشمس، وعند بلوغ هذا الضوء الأبيض إلى جزئ من جزيئات الهواء (النتروجين N2 أو الأكسجين O2 أساسا) يتحلل إلى ألوان مختلفة، ويقوم الجزئ بامتصاص كل إشعاع (أو كل لون) ثم عكسه مرة أخرى بكل الاتجاهات .
ومع ذلك تتوقف شدة الضوء المنبعث من جديد على طول الموجة (اللون)، واتجاه المشاهدة (فهل نحن نقف بمواجهة المصدر، أم بزاوية 90º ؟) ونتوصل إلى أن الانبعاث من جديد يكون أكبر بالنسبة للون الأحمر من الأزرق عندما نقف بمحور الإضاءة (باتجاه الشمس) والعكس عندما نقف باتجاه عمودي على هذا المحور.
وبالتالي يبث لنا جزئ الهواء الذي تضيئه الشمس ضوئا أحمر عند وجودنا بمحور الإضاءة، وضوئا أزرق عند وجودنا بالمحور العمودى عليه، ثم يصطدم الضوء الصادر بالجزيئات الأخرى وتتكرر نفس العملية مجددا: الضوء الصادر باتجاه الإضاءة يكون غنيا باللون الأحمر بينما يكون الضوء الصادر عن الجنب غنيا باللون الأزرق، وتسمح هذه الخاصية بشرح سبب اللون الأزرق للسماء.
وإذا كنا نعيش بكوكب لا غلاف جوي له، ما كانت أشعة الشمس لتنحرف، ولكانت السماء سوداء اللون، ولكان الشمس والقمر والنجوم هي الأجسام الوحيدة المضيئة.
لماذا يكون غروب الشمس أحمر اللون ؟
عندما ننظر إلى الشمس نكون في اتجاه محور الإضاءة، ووفقا لما سبق فإن الضوء الصادر يكون غنيا باللون الأحمر ومفتقرا للون الأزرق، فنرى الشمس أكثر إحمرارا مما هي عليه في الحقيقة. وبالرغم من ذلك فلا يعتد بهذه النتيجة وحدها حيث تكون سماكة الغلاف الجوي الذي يتم عبوره صغيرة؛ وفي المقابل تزداد تلك السماكة عند الغروب فيكبر هذا التأثير حتى يصبج واضحا: فيظهر كل من الشمس والجو عند النظر باتجاه الشمس بلون أحمر.
ما هو الشعاع الأخضر ؟
بامكاننا أحيانا عندما تكون الظروف الجوية ملائمة رؤية شعاعا أخضر ساعة الغروب قبل اختفاء الشمس في الأفق مباشرة.
كيف نفسير تلك الظاهرة ؟ يجب الآن أخذ تسبب الجو في انكسار أشعة الضوء في الاعتبار بالإضافة إلى ظاهرة الانحراف التي قمنا بالحديث عنها؛ فعند وضع عصا بالماء فنراه وكأنه منكسر حيث يتغير اتجاه الضوء ومساره بتغيير الوسط (هواء وماء) وهذا هو الانكسار. ويوجد بالجو نفس الظاهرة التي تؤدي إلى تقوس حزمة الأشعة الضوئية .
وعند النظر إلى الشمس ساعة الغروب بعد اختفاءها في الأفق، نستمر في مشاهدة ضوئها حيث أنه قد تم انكساره (انحرافه) بواسطة الغلاف وقد تم شرح تلك الظاهرة بتفصيل أكبر بصفحة "السراب"؛ ولا تنحرف كل الألوان المكونة للضوء الأبيض بنفس الزاوية فزاوية انحراف اللون الأحمر أصغر من اللون الأخضر أو الأزرق وبالتالي يختفي هو أولا بالأفق ثم يتبعه البرتقالى فالأصفر، ولا يبقى سوى الأخضر والأزرق والبنفسجى ونشاهد أحيانا الشعاع الأخضر الشهير عندما يكون الجو في منتهي الصفاء. ولكن لماذا لا نرى الشعاع الأزرق والبنفسجى ؟ لأنهم أكثر الأشعة انتشارا (أنظر بالأعلى فيما يتعلق بالانتشار لريليغ) ولا تبلغ المشاهد أبدا.
وتسهل رؤية الشعاع الأخضر بخطوط العرض العليا (يدوم مدة أطول) وفوق المحيطات (حيث يكون الأفق صحوا وبالهواء الذي يحوي القليل من الغبار).
لماذا يكون الليل أسود اللون ؟
ببادئ الأمر يجب أن نذكر أن الليل لا يكون أسود تماما بسبب نشر الجو لضوء الشمس، هذا بالإضافة إلى وجود القمر والنجوم التي تضيئ كوكبنا. وحتى بالجو الملبد بالغيوم وبدون قمر لا يكون الليل أسود تماما.
إذا كنا نعيش في كون لا نهاية له وأبدي ويحتوي على عدد لا حد له من المجرات والنجوم، فإننا بأى اتجاه ننظر يجب أن يتقابل نظرنا بالضوء الآتي من أحد تلك المجرات أو النجوم: ولكان على السماء أن تكون بنفس إضاءة الشمس إلا أن هذا ليس هو الحال! وقد أثير التناقض لأول مرة في القرن السابع عشر على يد "كيبلر" وتمت معالجته لأول مرة على يد الكاتب "إيدجار بو" الذي نشر عام 1848 قصيدة نثرية بعنوان "وجدتها" (Eurêka) وقد جاءت بها الأبيات التالية :
إذا كان تلاحق النجوم لا حد له، فإن خلفية السماء ستقدم لنا اضاءة موحدة، كتلك التي تنشرها المجرة، حيث لن يكون بتلك الخلفية أى نقطة لا نجمة بها، ولذا فالطريقة الوحيدة لتفسير هذا الفراغ الذي تعثر عليه المراصد بالعديد من الاتجاهات هو تخيل وجود هذه الخلفية غير المرئية على مسافة بعيدة جدا بحيث لا يستطيع أى شعاع من بلوغه.
أو بطريقة أخرى فإن النجوم الموجودة بالخلفية بعيدة جدا بحيث لا يتاح لها الوقت للوصول إلينا.
وهذا الشرح هو في الواقع الشرح الصحيح، ويقوم على ركنين مهمين من الطبيعة والطبيعة الفلكية وهما:
- لم يكن الكون موجودا دائما، وتقوم على هذه الفكرة نظرية بيج بانج (التي لم تكن معروفة بعهد بو!): وهي أن الكون قد خلق منذ حوالي 15 بليون عاما وهو في توسع مستمر منذ ذلك الحين.
- ولا ينتشر الضوء بسرعة غير محددة فنحن نعلم اليوم أن سرعة الضوء في الفضاء هي 300000 كم/ثانية.
وهناك ظواهر أخرى تساهم في ظلمة السماء بالليل، فمثلا بسبب اتساع الكون يحيد الضوء الصادر من النجوم البعيدة إلى الأحمر أو إلى ما تحت الأحمر، وبنفس الطريقة يصبح صوت صفارة الإنذار لعربة الإسعاف أكثر حدة عند اقترابها منا وأكثر غلظة عند ابتعادها؛ وبالتالي فإن ذلك الضوء الذي يصلنا لا يكون بمجال الرؤية فلا نستطيع رؤيته بأعيننا.