Skąd to niebo

Drogi Czytelniku,

Dzisiaj chciałbym wprowadzić Cię w świat mojego dzieciństwa.

Gdy byłem mały, bardzo lubiłem leżeć na pewnej łące, gdzie płynęła rzeka, nieopodal było większe jezioro (za prawym brzegiem rzeki znajduje się kilka łąk, w tym łąka Rodziców, ale to nie o niej, a ja zwykle lubiłem leżeć za lewym brzegiem), mały zagajnik, w którym trzeba było uważać, gdyż bieliki miały tam swoje gniazda i w okolicy tej łąki było takie malusieńkie jezioro.

Okolica typowa dla jezior morenowych, których na Pojezierzu Pomorskim jest całe mnóstwo. Cóż, ostatnie zlodowacenie, przechodzące przez terytorium naszego kraju pozostawiło bardzo wiele tego typu pamiątek. Nie wiem jak Ciebie, ale mnie bardzo to cieszy J

Wracając jednak do ogólnego entourage-u, nastoletni Kuba bardzo lubił chodzić na ten wycinek swojej rodzinnej wsi ze swoim psiakiem i zaszywać się tam na około godzinę. Tam mogłem uciec od obowiązków szkolnych, przemyśleć wszystkie swoje niepowodzenia, pomyśleć w jakim kierunku fajnie byłoby pójść, czy też najzwyczajniej w świecie położyć się w trawie ze słuchawkami i posłuchać muzyki. Chociaż, pamiętam, że jedną z moich ulubionych powieści wczesnej młodości, również połykałem leżąc na łące J

Zwykle, kiedy pozwalałem sobie na wylegiwanie się w trawie, była wiosna, ewentualnie jesień. I to wczesna. Cóż, teraz najchętniej robię to latem. Ale to zapewne kwestia wieku, innego rozkładu codziennych obowiązków, priorytetów. Myślę, że ilość powodów jest wprost proporcjonalna do liczby rzeczy, które wypada w ciągu jakiegoś czasu wykonać.

W takich dniach, przez niebo przelatywały kolejne cumulusy, ewentualnie niebo było krystalicznie czyste. Kiedy z lubością oddawałem się tym czynnościom, nie zastanawiałem się nad tym dlaczego moje oczy widzą, to co widzą. Ot, przyjmowałem to za pewnik.

Jednak wystarczyło pójść na studia, żeby nie tylko musieć, ale przede wszystkim móc odpowiedzieć sobie na to pytanie. Jednak ważni są ludzie stający na naszej drodze, którzy potrafią wzbudzić w nas tę dziecięcą ciekawość.

Mógłbym na to pytanie odpowiedzieć właściwie wprost, ale gdybym to zrobił, zjadłbym całe dno i nie ukazałbym geniuszu dwóch fizyków, którzy odpowiadają za ten stan wiedzy. Dwóch ludzi, dwie różne osobowości, jedno zjawisko (patrząc globalnie), ale ugryzione z dwóch bardzo różniących się od siebie punktów widzenia. To chyba najbardziej podoba mi się w fizyce jako dziedzinie. Wszystko można rozgryzać z tak różnych kątów, ile tylko jest osób. I mimo wszystko można dojść do (na pozór) podobnych wniosków, a jednak w swojej istocie kompletnie różnych od siebie J

Żeby nie było wątpliwości, jeśli jesteś ciekawy drogi czytelniku tego, skąd biorę tę „tajemną” wiedzę, odsyłam do podręcznika prof. Jerzego Dery „Fizyka Morza”, wydanie z 2003 roku, wydanie drugie J

Idąc chronologicznie, cofnijmy się do XIX – wieku i wyprowadzenia przez barona Johna Williama Strutta (lorda Rayleigha) rozpraszania fal elektromagnetycznych na cząstkach dużych (ang. Rayleigh scattering). Teoria przedstawiona przez profesora Oxfordu i późniejszego laureata Nagrody Nobla miała swoje wady, ponieważ pozbawiona była weryfikacji. Cóż, takie były czasy, że tego typu doświadczenia były trudne do zweryfikowania i w dzisiejszych czasach trudno nawet byłoby na tej podstawie uzyskać stopień naukowy doktora w dziedzinie fizyki bez przeprowadzonego doświadczenia, które ma jakiekolwiek ręce i nogi. Drugą słabą stroną był fakt, iż stosowalność tego prawa kończyła się do częstotliwości na tyle dużych, że fale elektromagnetyczne wchodziły w zakres światła nadfioletowego.

Niemniej, należy pamiętać o tym, że to odkrycie było przełomowe i stanowiło całkiem dobre podwaliny, chociażby w dzisiejszy świat badań powierzchni Ziemi z poziomu satelitarnego.

Dodatkowo, dla ułatwienia działań, założono, że cząstki są idealnie kuliste. Swoją drogą, wiele z dzisiejszych teorii, również opiera się na wielu założeniach. Wiadomo, że jakiekolwiek cząstki, które znajdziemy w przyrodzie, nie są perfekcyjnymi sferami. Co nie zmienia faktu, że bez przedstawienia tego typu założenia, niemożliwym byłoby uogólnienie i stworzenie globalnego algorytmu, który będzie opisywał tę część otaczającego nas świata.

Wg teorii Rayleigha za kolor nieba (co jest prawdą i późniejsze badania to wykazały) odpowiada w głównej mierze azot oraz tlen obecne w powietrzu, czyli te gazy, których udział atmosferze jest zdecydowanie największy odpowiadają za ten kolor nieboskłonu, który widzimy.

W myśl słowniczka, który daje nam fizyka klasyczna, rozpraszanie jest wynikiem wzbudzenia cząstki azotu, bądź tlenu, która nie jest obojętna elektrycznie. Cząstka, która zaczyna drgać, zachowuje się jak antena. Jeśli kojarzycie stare anteny, stawiane chociażby w latach osiemdziesiątych na telewizorach, to właśnie są tego typu anteny (tzw. anteny dipolowe). Jeśli w cząstkę uderzyła fala elektromagnetyczna (dokładniej część widma światła) od długości lambda, to (najczęściej to jest elektron) cząstka zaczyna również drgać z częstotliwością odpowiadającą tej, która w nią uderzyła, wprawiając w drganie. Cóż, proste przekazywanie zaburzeń, zgodnie z prawami mechaniki Newtona, więc można się tego spodziewać. Trywialne, a w swojej istocie (zważywszy na to, kiedy Newton działał) genialne.

Cały ten aparat matematyczny, który za tym stoi pozwolę sobie pominąć. Raz, że chyba nie to jest tym miejscem, gdzie powinienem katować takie rzeczy, a dwa, że zwyczajnie nie chce mi się przepisywać całego ciągu różnych literek i ułamków przepisywać J

W każdym razie, najbardziej widać różnice w odcieniach, kiedy przeniesiemy się z miejsca, w którym powietrze jest czyste, takiego jak Bory Tucholskie, w miejsce, gdzie króluje przemysł, np. Śląsk. Łuny/pasy, które możne wówczas ujrzeć na niebie w najlepszym stopniu obrazują zjawisko opisywane przez lorda Rayleigha.

Żeby nie było, to nie jest tak, że w powietrzu mamy tylko cząstki duże. Przecież świat toczy się równolegle w skali mikro. Dokładnie te same fale elektromagnetyczne uderzają w cząstki drobne. Jednak światem w skali mikro-, chociaż stanowi jedną, spójną całość ze światem makro-, rządzą kompletnie inne reguły gry. Dziwne prawda?

Tego typu zjawisko opisuje indykatrysa Mie. Tutaj mamy do czynienia z…

Powiedziałbym, że dosyć dużą wycinkowością widma promieniowania słonecznego, które daje widoczne efekty. Tutaj z kolei mamy do czynienia z rozpraszaniem światła w głównej mierze na cząstkach, które można określić mianem aerozoli. Najlepiej to jest widoczne podczas powstawania zjawiska, które chyba każdy lubi najbardziej. Nawet bardziej od najbardziej perfekcyjnie niebieskiego nieba, czyli tęczy ^.^

Niestety, tutaj moje rozumienie tego zjawiska jest na tyle…

Chyba najlepszym określeniem będzie słowo: nędzne, że pozwolę sobie nie wchodzić w jakiekolwiek szczegóły, żeby też nie wprowadzać niechcący Ciebie Drogi Czytelniku w błąd L

W każdym razie, mam nadzieję, że ilekroć mając wolną chwilę spojrzysz w przeczyste niebo nad swoją głową, chociaż przemknie Tobie przez głowę, że z pozoru proste i oczywiste otaczające nas zjawiska, swego czasu również były odkryciem. Może nawet epokowym J

Życzę Ci z całego serca dobrego wieczoru i do zobaczenia wkrótce. Na pewno prędzej, niż za 4 miesiące. Myślę, że w związku z tym, iż pozostaję w „niewoli” jeszcze przez kilka najbliższych dni, spotkamy się do 9.04 jeszcze kilkukrotnie.

J.