Trong tự nhiên, Mặt trời giống như một quý cô điệu đà, liên tục "đổi màu trang phục" của mình. Mới lúc bình minh, ta còn thấy Mặt trời mang trên mình màu hồng cam ngọt ngào, nhưng chỉ vài tiếng sau đã chuyển thành màu trắng đến lóa mắt và cuối cùng là màu đỏ rực rỡ khi chiều tà. Tại sao Mặt trời lại màu sắc thiên về đỏ vào lúc bình minh và hoàng hôn thay vì vào buổi trưa? Câu trả lời có liên quan trực tiếp đến bầu khí quyển bao bọc hành tinh của chúng ta.
Ánh sáng Mặt trời và bầu khí quyển của Trái đất
Bầu khí quyển của Trái đất bao gồm một số khí, hơi nước và các hạt bụi. Không chỉ cung cấp các khí cần thiết cho sự sống trên Trái đất, bầu khí quyển còn là "lá chắn" bảo vệ các loài sinh vật khỏi những tia sáng gây hại từ Mặt trời và xua đuổi hầu hết những "kẻ xâm lược khó chịu" đến từ không gian.
Hầu hết các vật thể không gian bốc cháy khi chúng đi vào bầu khí quyển của hành tinh chúng ta.
Ngoài việc cung cấp những nguồn tài nguyên quan trọng đảm bảo sự sống trên Trái đất, khí quyển còn gây ra một số hiện tượng thú vị, chẳng hạn như gió, màu xanh của bầu trời hay các màu sắc khác nhau của Mặt trời tại các thời điểm khác nhau của ngày.
Tại sao Mặt trời có màu thiên về đỏ khi mặt mọc và lặn?
Thực chất, Mặt trời có màu đỏ khi mọc và lặn là do hiện tượng tán xạ của ánh sáng trong khí quyển.
Cụ thể:
Ánh sáng Mặt trời là sự kết hợp của nhiều dạng bức xạ điện từ. Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những "đợt sóng" có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon.
Sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm gọi là ánh sáng, có thể quan sát bằng mắt thường.
Sóng vô tuyến (được sử dụng trong điện thoại thông minh và tất cả các thiết bị liên lạc không dây), tia hồng ngoại (được sử dụng trong kính nhìn ban đêm và điều khiển từ xa của TV), tia X (được sử dụng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe) và tia gamma (liên quan đến năng lượng hạt nhân) là những ví dụ về bức xạ điện từ.
Biểu đồ phổ điện từ
Như đã đề cập trước đó, ánh sáng Mặt trời được cấu tạo bởi bức xạ điện từ. Mặc dù Mặt trời phát ra TẤT CẢ các loại bức xạ điện từ, nhưng hầu hết ánh sáng Mặt trời được tạo ra từ ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím và tia hồng ngoại.
Như chúng ta đã biết (đã được học), ánh sáng Mặt trời hoàn toàn có màu trắng bởi đó là sự kết hợp của tất cả bảy màu sắc của cầu vồng, tất cả đều có bước sóng khác nhau.
Khi ánh sáng Mặt trời (bao gồm các màu có bước sóng khác nhau) đến Trái đất và qua bầu khí quyển, ánh sáng có bước sóng ngắn hơn (cụ thể là xanh lam và tím) sẽ có xu hướng bị tán xạ, ngược lại các màu có bước sóng dài hơn (như đỏ, vàng và cam) ít bị tán xạ và dễ dàng đi xuyên qua hơn.
Các bước sóng thiên về màu đỏ xuyên qua khí quyển tốt hơn các màu khác,
nên Mặt trời trông có màu đỏ khi nhìn gần đường chân trời.
Bên cạnh đó, vào thời điểm hoàng hôn hoặc bình minh, ánh sáng Mặt trời phải đi xuyên qua lượng khí quyển dày nhất trước khi đến mắt người quan sát, cũng là lúc những ánh sáng thiên về màu xanh bị tán xạ nhiều nhất. Do đó, vào những thời điểm này, ta sẽ thấy Mặt trời và bầu trời có màu đỏ cam rực rỡ.
Trên thực tế, một hiện tượng tự nhiên được gọi là tán xạ Rayleigh (đặt theo tên nhà vật lý người Anh-Lord Rayleigh) quy định rằng ánh sáng có bước sóng ngắn hơn (xanh lam) bị tán xạ dễ hơn ánh sáng có bước sóng dài hơn (đỏ).
Tại sao Mặt trời có màu trắng vào buổi trưa?
Nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng trong trường hợp này. Khi Mặt trời đi gần lên thiên đỉnh, ánh sáng Mặt trời sẽ xuyên qua lượng khí quyển ít nhất để đến được mắt người quan sát trên bề mặt Trái đất. Điều này có nghĩa là những tia sáng này không có cơ hội va vào nhiều hạt cấu thành của khí quyển.
Mặt trời vào buổi trưa có màu trắng rất chói mắt, không nên nhìn trực tiếp bằng mắt thường.
Do đó, tất cả các màu của ánh sáng Mặt trời đến mắt người quan sát với cường độ gần như bằng nhau; Sự kết hợp của tất cả các bước sóng này tạo cho Mặt trời một màu trắng chói mắt (KHÔNG nên quan sát bằng mắt thường).
Như vậy, Mặt trời có màu đỏ vì ánh sáng đỏ xuyên qua bầu khí quyển tốt hơn các màu khác, đó chính là lý do những thiên thể ( như Mặt trời hoặc mặt trăng) có thể nhìn thấy từ Trái đất sẽ có màu đỏ hoặc cam, tùy thuộc vào thời gian trong ngày và vị trí của chúng trên bầu trời!