“Hvorfor er himlen blå?”
Et spørgsmål vi nok alle har stillet som børn, eller fået stillet af børn og fået/givet en mere eller mindre korrekt og/eller tilfredsstillende forklaring på.

Populære forsøg på svar er

  • “Rummet omme bagved er sort og ‘skinner igennem’ dagslyset i fortyndet form” (Forkert)
  • “Den spejler alt det vand der er i havene” (Forkert)
  • “Luften indeholder vand, derfor bliver den blå, ligesom havet” (Næsten rigtig konklusion på en forkert præmis1).

Jeg medgiver at det kan være svært at forklare Rayleighspredning og lys’ bølgenatur til selv det mest fremmelige afkom i børnehavealderen, men der findes et ganske let og ret hyggeligt forsøg der i det mindste kan være med til at anskueliggøre effekten — men nu overhaler jeg vist mig selv indenom.

Forsøget først — så kan I selv se effekten, og så skal jeg nok forklare.

Tag en beholder og fyld vand i — eksempelvis et almindeligt drikkeglas, en vase eller et akvarium. Rør en sjat mælk ud i vandet2. Hvor meget der skal til afhænger af typen af mælken og størrelsen af beholderen. Et stort drikkeglas skal bruge et par skefulde skummetmælk. Jo federe mælk, jo mindre skal der bruges. (Bemærk at jeg er upræcis med vilje for at opfordre til eksperimenteren — og fordi jeg glemte at måle af da jeg selv lavede det for lidt siden).

Tag en almindelig lommelygte og lys igennem beholderen. Kigger man på lygten gennem beholderen bør den nu fremstå gullig/rødlig, ganske som den nedgående sol. Kigger man på glasset vinkelret på lysstrålen vil man se et blåligt lys (dog ofte meget tæt på hvidt).

Kan man ikke se lygten har man brugt for meget mælk. Er den ikke gul eller rød har man brugt for lidt mælk. Leg med det.

Transmitteret lys:

Spredt lys:

Det I har lavet er faktisk en model af atmosfæren!3

I har blot lavet det i vand og erstattet luftmolekylerne med små fedt- og proteinperler fra mælken. Fordi tætheden af mediet og koncentrationen af partiklerne er meget større kan man se effekten på meget mindre afstande end de mange kilometer atmosfære det kræver at lave en solnedgang.

Men det forklarer jo stadig ikke noget — det demonstrerer bare effekten. Sagen er den, at når lys rammer partikler, hvad enten det er luftmolekyler eller små kugler af mælkefedt, så spredes det. Dog spredes alle bølgelængder ikke lige meget; lys med lille bølgelængde spredes MEGET mere end lys med lang bølgelængde.

Hvidt lys består som bekendt af alle farver — eller på fysisk: Det indeholder alle bølgelængder i det synlige område. Dette strækker sig fra ca. 700nm (rødt lys) til 3–400 nm (blåt lys).

Nu begynder vi allerede at kunne se omridset af argumentet: Fordi blåt lys har en kortere bølgelængde end rødt lys vil det være det der spredes mest — og derfor vil det indirekte lys der kommer diffust ned fra himlen være blåt.

Af samme grund vil solen fremstå rød sidst på dagen når den skal skinne igennem mere atmosfære end den skal midt på dagen — når alt det blå lys bliver spredt inden det når frem,  kommer solen til at fremstå gullig eller rød ved direkte betragtning.

Naturligvis er det en smule mere kompliceret — fx er skyer jo hvide og det er kun meget sjældent at solen bliver rød ved at gå om bag en sky. Dette skyldes at de vanddråber der er i en sky er for store til at være kræsne med hvilke bølgelængder de spreder - effekten (der i øvrigt kaldes Rayleighspredning) gælder kun når partiklerne er mindre end lysets bølgelængde. Er de større kaldes det Miesperedning.

Men hov! Det fortæller os jo faktisk noget ret sejt! Nemlig at fedtpartiklerne i mælk er mindre end lysets bølgelængde — ellers ville forsøget ikke virke… Det vil sige væsentligt mindre end 1 milliontedel meter, og nok nærmere af en størrelse der skal måles i milliardtedele meter. Det er da lidt fascinerende… Og forklarer egentlig også udmærket hvorfor man ikke bare kan filtrere fedtet ud af en liter mælk med eksempelvis et kaffefilter.

Hmmmm… Det slår mig pludselig at man burde kunne måle størrelsesfordelingen af partikler i mælk med en laserpointer og et kamera… nå, det må blive en anden dag… De mørke efterårsaftener er jo perfekte til forsøg med lys og optik…

\Worm - med mælkeskæg.

  1. Vand er ikke blåt i sig selv, uanset hvor meget der er af det — men det er ganske rigtigt nogle af de samme mekanismer! ↩

  2. Bruger man et akvarium kan man med fordel spise fiskene først. ↩

  3. Prøv dog ikke at indånde den. ↩