BROJNI stanovnici Hrvatske, a osobito Zagreba, prošlu su nedjelju i ponedjeljak oduševljeno podijelili krasne slike zalaska Sunca kojima je dominirala jarko crvena boja.
Usput su podijelili i svoja tumačenja zašto je zalazak bio tako spektakularan. Jedno od njih bilo je da je zrak u Zagrebu ovih zimskih dana zagađen. No, to ne objašnjava zašto je zalazak bio prekrasan i u ruralnim krajevima i na obalama Jadrana. Za cjelovito tumačenje ove zanimljive pojave treba uzeti u obzir više čimbenika.
Zašto su zalasci crveni?
Ako želimo razumjeti što se sve zbivalo s nebom u nedjelju i ponedjeljak, prije svega trebamo ukratko pojasniti zašto je zalazak Sunca uopće crven. Sunčevo svjetlo uobičajeno doživljavamo kao bijelo. No ono se u stvarnosti sastoji se od cijelog niza elektromagnetskih valova različitih valnih duljina. Dio njih je u vidljivom spektru koji se kreće od tzv. toplih boja, crvenih i narančastih koje imaju veću valnu duljinu i manju energiju, do tzv. hladnih boja kao što su plava i ljubičasta koje imaju kraće valne duljine i veću energiju. Infracrveni dio spektra na jednom kraju i ultraljubičasti na drugom, više ne spadaju u vidljivi dio spektra jer ga mi ljudi ne vidimo golim očima. Ljudsko oko uglavnom vidi elektromagnetske valove u rasponu od 380 nm (nanometara, tj. milijarditi dio metra) u plavom dijelu spektra, do 750 nm u crvenom. To je otprilike sto puta tanje od vlasi ljudske kose.
Kako Sunce putuje prema horizontu, boja njegove svjetlosti mijenja se od bijele prema crvenoj. To se događa zato što molekule plinova u atmosferi, kojom dominiraju kisik i dušik, snažnije raspršuju elektromagnetsko zračenje kraćih valnih duljina, dakle u plavom dijelu spektra, a slabije ono duljih valnih duljina, što znači u crvenom dijelu spektra. To raspršenje naziva se Rayleighovim raspršenjem, a ono snažno ovisi o valnoj duljini. Ta snažna ovisnost pojednostavljeno se izražava na sljedeći način (~λ−4) ili (~ 1/λ4) gdje je λ valna duljina. Dakle, raspršenje je obrnuto proporcionalno valnoj duljini na četvrtu potenciju, što znači da će naglo rasti sa smanjenjem valne duljine. Primjerice, za valnu duljinu od 400 nm koja pripada plavom dijelu spektra Rayleighovo raspršenje bit će čak 9,4 puta veće nego za valnu duljinu od 700 nm koja pripada crvenom dijelu spektra.
Zašto je raspršenje malih valnih duljina veće? Pojednostavljeno govoreći, malene čestice, atomi i molekule, manje utječu na valove velikih valnih duljina koji ih lakše bez ometanja obilaze, kao što stijene u moru manje utječu na valove velikih valnih duljina ili zidovi na duboke zvukove u zraku.
Zašto se svjetlost u atmosferi uopće raspršuje?
Tu se sada valja zapitati što je Rayleighovo raspršenje i zašto se ono zbiva? Zrake svjetlosti na svojem putu od Sunca do nas prolaze kroz atmosferu u kojoj se često sudaraju s molekulama plinova, česticama prašine, kapljicama rose i sl. koje su uglavnom značajno manje od njihovih valnih duljina. Kada dođe do sudara, molekule će preuzeti energiju elektromagnetskog vala. Vrlo brzo nakon toga one će taj isti val emitirati, no sada više ne u istom smjeru u kojem je zraka putovala, nego na sve strane, otprilike kao što žarulja zrači na sve strane. Na taj način izvorna zraka je raspršena pa mi našim okom vidimo tek djelić njezinog intenziteta koji je emitiran u našem smjeru. Budući da atmosfera, kako smo već istaknuli, raspršuje više plavog svjetla, do nas dolazi više svjetla s drugog, crvenog kraja spektra koje je u većoj mjeri ostalo neraspršeno.
Kada Sunce gledamo u zenitu, ono izgleda bijelo jer je stupac atmosfere kroz koji prolazi njegova svjetlost na svojem putu do nas puno kraći nego kada je Sunce na horizontu (na zalasku i izlasku) pa je prilike za Rayleighovo raspršenje mnogo manje.
Nebo oko Sunca, kada ne gledamo izravno prema Suncu već dalje od njega, izgleda plavo jer u njemu dominira više zračenja iz plavog dijela spektra koje se jače raspršilo naokolo.
Zašto je na zalasku više crvenila?
Sada se možete pitati zašto je Sunce u zenitu bijelo, dok je nebo oko njega plavo te zašto je na zalasku crveno? Zašto je to tako kad u oba slučaja njegovo svjetlo prolazi kroz istu atmosferu?
Kada je Sunce na zalasku, njegova svjetlost do nas dolazi pod takvim kutom u odnosu na Zemlju da je njezin put kroz dio koji čini atmosfera mnogo duži nego kada je Sunce nad našim glavama, u zenitu. Zbog toga je prilika za raspršenje kraćih, plavijih valnih duljina tijekom zalaska mnogo više pa je u svjetlosti koja dolazi do nas puno više preostalih crvenih zraka većih valnih duljina koje se nisu toliko jako raspršile.
Na boju zalaska može utjecati i zagađenje zraka
Na boju zalazaka mogu utjecati i različiti aerosoli – plinovi, prašina, lebdeće čestice i sl., koji nastaju prirodnim ili umjetnim putem. Uobičajenim zalascima Sunca uglavnom dominira narančasto-crvena boja. No za intenzivnu crvenu boju potreban je aerosol – tekuće ili krute čestice koje lebde u zraku. Primjerice, poznato je da vulkanske erupcije znaju rezultirati spektakularnim crvenim zalascima Sunca.
Budući da je zimi loženje intenzivno, uobičajeno je da u atmosferi iznad naselja ima više aerosola. To posebno vrijedi za Zagreb i generalno urbane sredine u kojima je promet jak, a izgaraju se velike količine fosilnih goriva. Ako još danima nema puno vjetra ili kiše, koncentracije aerosola se pojačavaju.
Neke veće čestice zagađenja čak će blokirati zrake Sunca tako da će prizori koje vidimo biti difuzniji i usto zagasitije, tamnije crvene boje.
Kombinacija više efekata
Dr. sc. Antun Marki, viši predavač na Geofizičkom odsjeku PMF-a u Zagrebu, smatra da je prošlu nedjelju i ponedjeljak na djelu bilo više čimbenika.
"Mislim da je ključnu ulogu u efektu koji se mogao vidjeti odigrala činjenica da se Sunce na zalasku našlo u procjepu između relativno niskog sloja oblaka na nebu i tla, odnosno horizonta. Stoga je Sunce svojim crvenim svjetlom obasjalo oblake odozdo. Ti su oblaci bili stratokumulusne građe, a ne slojevite kao što su to stratusni oblaci koji su više bezlični i iz kojih padaju rosulje. Stratokumulusi imaju reljefnu donju bazu na kojoj se održavaju lijepi odbljesci", rekao je Marki.
"U nekim okolnostima ta boja može biti žešća, ovisno o raznim parametrima kao što su kapljice vode koje se stvaraju oko čestica onečišćenja u zraku. Iznad gradova te čestice služe kao kondenzacijske jezgre za vodu, osobito na nižim, zimskim temperaturama. No, smatram da je glavni efekt u ovoj priči bio položaj Sunca u odnosu na oblake", dodao je naš znanstvenik.
Dakle, možemo zaključiti da je tog dana zalazak bio intenzivno crven najvjerojatnije zbog veće količine vlage kondenzirane oko sitnih čestica, upravo na takav način da nije do kraja blokiralo sunčevu svjetlost, dok se do naših očiju uspjela probiti samo crvena svjetlost.
Efekt zalaska Sunca i plavog neba može se lijepo demonstrirati jednostavnim kućnim eksperimentom. Razmutite malo mlijeka u vodi i obasjajte tekućinu ručnom svjetiljkom (najbolje u mračnoj prostoriji). Primijetit ćete kako bočno iz tekućine izlazi bijelo-plavo svjetlo, dok se direktno gledano na suprotnoj strani od svjetiljke probija većinom žuto-crvena boja.