إشعاع السماء المنتشر

"السماء الزرقاء" تحوّل إلى هنا. لمطالعة استخدامات أخرى، انظر السماء الزرقاء (توضيح).

"السماء الحمراء" تحوّل إلى هنا. لمطالعة استخدامات أخرى، انظر السماء الحمراء (توضيح).

النشر الإشعاعي للسماء Diffuse sky radiation، هو شعاع الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض بعد تشتته من شعاع الشمس المباشر بواسطة الجزيئات أو المستعلقات في الغلاف الجوي. ويسمى أيضاً ضوء السماء، نشر ضوء السماء أو السماء الزرقاء.

A spectrum taken of blue sky clearly showing solar Fraunhofer lines and atmospheric water absorption band.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 لون السماء

سماء زرقاء صافية.

Comparison of the scattering efficiency of blue light in the atmosphere compared to red light.

يتكون ضوء الشمس الأبيض يتكون من خليط من عدة ألوان، وضوء الشمس يبدو لنا مائلاً إلى اللون الأصفر؛ لأن الفوتونات الصفراء هي الغالبة مع وجود الفوتونات الحمراء والخضراء والزرقاء والبنفسجية، ولكنها تكون تحت مستوى رؤية العين البشرية. والتفاعل بين ضوء الشمس والهواء يظهر لنا بعض المشاهد المألوفة في حياتنا اليومية. بالإضافة إلى المناظر الأخرى الجميلة النادرة.

ومن المشاهد المألوفة لون السماء الأزرق المتميز، الذي يتفاوت بين اللون الغامق الذي نراه نهاراً في منتصف السماء فوق رؤوسنا عندما نكون على قمم الجبال، إلى الألوان المتعددة التي تنتج من تشتت الضوء scattering، وتقارن حشود الجزيئات المكونة للغلاف الجوي من حيث الحجم مع الطول الموجي المرئي. وتحت هذا الشرط فإن جزئيات الغلاف الجوي تعمل على تغيير اتجاه حركة الفوتونات الشمسية عندما ترتطم بها، ويعتمد مدى قوة تغير اتجاه الفوتونات على الطول الموجي لها؛ ولهذا نجد أن (1/2)4 البنفسجي 4000A° يتشتت أو يرتد ارتداد الفوتونات بمقادير مختلفة تبعاً للطول الموجي؛ فالضوء الأحمر والأصفر لضوء الشمس يمر خلال الهواء بنسبة كبيرة جداً، بينما فوتونات اللون الأزرق والبنفسجي تتعرض للتشتت في الغلاف الجوي وتصل إلى سطح الأرض من اتجاهات أخرى متعددة من الغلاف الجوي. وينغمس الضوء البنفسجي في اللون الأزرق؛ لذلك تكون الفوتونات الزرقاء هي الغالبة في ضوء الشمس، وحيث إن العين أكثر حساسية للأطوال الموجية الطويلة؛ لذلك نرى لون السماء زرقاء، وتتغير درجة اللون الأزرق تبعاً لاتجاه النظر في السماء فيكون اللون الأزرق فاتحاً ناحية الأفق نتيجة لزيادة سمك الغلاف الجوي. ويكون لون السماء فوق رؤوسنا عند النظر إليها من قمم الجبال أو الطائرات مقترباً من اللون البنفسجي. وضوء القمر يحدث نفس التأثيرات عندما تكون السماء صافية والقمر بدراً فيصبح لون السماء أزرقاً غامقاً.

 النقاط المحايدة

There are four commonly detectable points of zero polarization of diffuse sky radiation (known as neutral points) lying along the vertical circle through the sun.

• The Arago point, named after its discoverer, is customarily located at about 20° above the antisolar point; but it lies at higher altitudes in turbid air. The latter property makes the Arago distance a useful measure of atmospheric turbidity.
• The Babinet point, discovered by Jacques Babinet in 1840, is located about 15° to 20° above the sun, hence it is difficult to observe because of solar glare.
• The Brewster point, discovered by David Brewster in 1840, is located about 15° to 20° below the sun; hence it is difficult to observe because of solar glare.
• The fourth point, located at about 20° below the antisolar point, visible only at higher altitudes in the air or in space.

 تحت السماء المبلدة

There is essentially no direct sunlight under an overcast sky, so all light is then diffuse sky radiation. The flux of light is not very wavelength-dependent because the cloud droplets are larger than the light's wavelength and scatter all colors approximately equally. The light passes through the translucent clouds in a manner similar to frosted glass. The intensity ranges (roughly) from ¹⁄₆ of direct sunlight for relatively thin clouds down to ¹⁄₁₀₀₀ of direct sunlight under the extreme of thickest storm clouds.

 كجزء من الإشعاع الكامل

One of the equations for total solar radiation is:

$H_{t}=H_{b}R_{b}+H_{d}R_{d}+(H_{b}+H_{d})R_{r}$

where H_b is the beam radiation irradiance, R_b is the tilt factor for beam radiation, H_d is the diffuse radiation irradiance, R_d is the tilt factor for diffuse radiation and R_r is the tilt factor for reflected radiation.

R_b is given by:

$R_{b}={\frac {\sin(\delta )\sin(\phi -\beta )+\cos(\delta )\cos(h)\cos(\phi -\beta )}{\sin(\delta )\sin(\phi )+\cos(\delta )\cos(h)\cos(\phi )}}$

where δ is the solar declination, Φ is the latitude, β is an angle from the horizontal and h is the solar hour angle.

R_d is given by:

$R_{d}={\frac {1+\cos(\beta )}{2}}$

and R_r by:

$R_{r}={\frac {\rho (1-\cos(\beta ))}{2}}$

where ρ is the reflectivity of the surface.

 السماء الحمراء

التشتت يخلص ضوء الشمس من الأطوال الموجية القصيرة؛ لذلك فإن زرقة السماء تسبب احمرار قرص الشمس، ويزيد من احمرار الشمس وجود جزيئات الماء في الغلاف الجوي (الضباب والشبورة)، ويصبح احمرار الشمس في ذروته عند شروق الشمس وغروبها: لمرور أشعة الشمس في طبقة سميكة من الغلاف الجوي. وتعاني جميع الأجسام في السماء – بما فيها النجوم – من انخفاض شدة الإضاءة والاحمرار. يعرف هذا التأثير بإخماد الغلاف الجوي Atmospheric Extinction. ويكون الإخماد في السمت صغيراً جداً للأشعة تحت الحمراء ويزيد ببطء كلما انخفض الطول الموجي في اتجاه 5000A°. وعند قمة حساسية العين البشرية يبلغ مقدار الإخماد 0.2.

وتعتمد درجة الإخماد لشدة الإضاءة على سمك الهواء Air mass؛ لذلك يبلغ الإخماد أقصاه عند الغروب أو الشروق لأي جسم سماوي، ويكون أكثر في الجزء الأزرق من الطيف، والإخماد أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الفلكي يضطر إلى إقامة مراصد فق قمم الجبال العالية لتقليل هذا التأثير. وعندما يكون الجسم على إرتفاع كبير من الأفق؛ أي أقرب للسمت، نعتبر في هذه الحالة الغلاف الجوي طبقة حدها العلوي خط مستقيم مواز للأفق، وهندسياً نجد أن طول مسار شعاع الشمس النجم 2 (على ارتفاع 30° ومسافة سمتية 60°) أصبح ضعف مسار شعاع النجم 1 عند السمت، ومسار شعاع النجم 3 (على ارتفاع 19° ومسافة سمتية 71°) يكون ثلاثة أضعاف مسار النجم 1. أما عند رصد أجسام سماوية ارتفاعاتها عن الأفق أقل من 30° أو مسافة سمتية أكبر من 60°، فإننا نتعامل مع الغلاف الجوي ككرة محيطة بالكرة الأرضية، ولهذا نجد أن سمك الغلاف الجوي الذي يخترقه شعاع الضوء لجسم قرب الأفق أكبر من سمك الغلاف الجوي الذي يخترقه شعاع جسم قريب من السمت. ويصل سمك طبقة الغلاف الجوي على الأفق نحو 38 مرة قدر سمكها عند السمت، وعند هذه النقطة على الأفق نجد أن الخواص الطيفية للضوء القادم من الجسم تتغير، فيختفي تقريباً الضوء الأزرق تماماً ويكون لون الضوء القمر أو الشمس أحمر، وخصوصاً عند وجود ضباب في الهواء؛ لهذا نجد أن أقصى ضربات الشمس تحدث للإنسان عندما تكون الشمس قرب السمت؛ أي في منتصف النهار.

والإخماد كبير جداً عند الأفق؛ لذلك لا نرى سوى النجوم اللامعة قرب الأفق وتميز العين البشرية ما يقرب من 6000 إلى 8000 نجم في السماء كلها، وفي آية ليلة يمكن رؤية ثلث هذا العدد فقط، وعلى الرغم من أننا ننظر إلى نصف السماء التي فوق رؤوسنا إلا أننا لا نشاهد نصف نجوم السماء؛ لأننا لا نشاهد نجوم الجزء القريب من الأفق لتأثير ظاهرة الإخماد؛ لذلك لا يستطيع كما ذكرنا سابقاً الإنسان أن يشاهد سوى ثلث النجوم فقط! ولهذا يكون الإخماد أحد أهم مصدرين لمشكلات الراصد الفلكي. أما المصدر الثاني فهو الحركة الدائمة للهواء مما يؤثر في مسار أشعة الشمس الصادرة من الجسم فيغير اتجاهه ويجعله يتراقص ليكون في النهاية صورة على هيئة قرص تسمى قرص الرؤية seeing Disk. والتغير والتلون في الغلاف الجوي يجعل تحديد أقدار إضاءة النجوم في غاية الصعوبة، فطبقة الهواء في الغلاف الجوي تقلل من دقة تحدد أقدار النجوم Stellar magnitude بمقدار 0.5% أو بمقدار 0.005 من قيمة القدر.

 انظر أيضاً

• Atmospheric diffraction
• Aerial perspective
• Cyanometer
• النهار
• Nighttime airglow
• تأثير تيندال
• Rayleigh scattering
• Rayleigh Sky Model

 قراءات إضافية

• Pesic, Peter (2005). Sky in a Bottle. The MIT Press. ISBN 978-0-262-16234-0.

 وصلات خارجية

• Dr. C. V. Raman lecture: Why is the sky blue?
• Why is the sky blue?
• Blue Sky and Rayleigh Scattering
• Atmospheric Optics (.pdf), Dr. Craig Bohren