الفيزياء

عملية “تشتت الضوء” وأثرها على مجموعة من الظواهر الجوية

2011 الضوء واللون

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية تشتت الضوء الظواهر الجوبة الفيزياء

ما الشيء الذي يجعل السماء زرقاء والغروب أحمر والغيوم بيضاء؟

الإجابة عن ذلك تكمن في عملية تسمى "التشتت"، والتي يمكنك دراستها ببساطة بواسطة مصباح جيب كهربائي وكوب من الماء الممزوج بقليل من الحليب.

نعلم جميعاً أن ضوء الشمس أبيض اللون. حاول أن تسلط بعض ضوء الشمس على قطعة من الورق، وستلاحظ أن الضوء الساطع سيبهر عينيك.

 

كما أن ضوء الشمس يبدو أبيض عندما يتدفق في الهواء المُغبرّ على الرغم من أن الهواء بحد ذاته غير مرئي.

ولكن إذا كان الهواء غير مرئي وضوء الشمس أبيض، فما السبب وراء زرقة السماء؟ ولماذا يبدو الضوء منبعثاً من السماء بأكملها، وليس من الشمس فقط؟

 

سماء لا متناهية

الحقيقة هي أن الهواء ليس غير مرئي بالكامل، فالهواء عبارة عن غاز، والجزيئات (الجسيمات الدقيقة) المكوّنة للغاز تنتشر على نحوٍ رقيق جداً على عكس السوائل أو الأجسام الصلبة.

كما أن معظم الضوء الذي يقع على الغاز يمر خلاله بصورة مستقيمة، لكن كمية قليلة من الضوء تتشتت وتغيّر مسارها عندما تصطدم بجزيئات الغاز.

وهناك ما يقارب من مئة ميل من الهواء بين سطح الأرض والفضاء الخارجي.

 

وبوجود كل هذه الكميات من الغاز في السماء فإن الضوء الذي يتشتت بفعل جزيئات الهواء يتكاثر إلى أن نراه على شكل سماءٍ زرقاء.

تتشتت الألوان المختلفة التي تكوّن اللون الأبيض بمقادير مختلفة في الهواء، وكلما كان الطول الموجي للضوء أقصر تشتت الضوء بسهولة أكثر، فاللون الأزرق له طول موجي قصير، ما يسمح بتشتته بسهولة.

بينما اللونان الأحمر والأصفر لهما طول موجي أكثر طولاً، وبالتالي فهما لا يتشتتان بسهولة وإنما ينتقلان على خط مستقيم إلى الأرض على هيئة أشعة شمسية مباشرة.

 

وعندما تنظر إلى السماء بعيداً عن الشمس في يومٍ صافٍ، فإنك في الحقيقة ترى الضوء المشتت، وهذا يفسر سبب زرقة السماء.

وقد تتساءل لماذا لا تبدو السماء بنفسجية، طالما أن اللون البنفسجي هو الأقصر من حيث طول الموجة، وبالتالي سيكون تشتته أكثر سهولة؟

والجواب عن هذا هو أن ضوء الشمس يحتوي على كمية أكبر من اللون الأزرق مقارنة باللون البنفسجي.

 

وعلى كل حال، فإن عيوننا ترى مزيجاً بين الأزرق والبنفسجي على أنه لونٌ أزرق.

إن أول من اكتشف سبب زرقة السماء هما العالمان الفيزيائيان الإنكليزيان (جون تندال) (1820 – 1893) و(لورد رايلي) (1842 – 1919).

وقد اعتقد هذان العالمان أن الجزء الأزرق من ضوء الشمس يتشتت بسبب الغبار وبخار الماء، لكنهما كان مخطئين في رأيهما، فلو كان الغبار هو السبب، لغيّرت السماء لونها على قدرٍ أكبر عندما يكون الهواء ضبابياً.

 

لكننا الآن نعرف أن جزيئات الهواء ذاتها هي المسؤولة عن تشتت الضوء، ومع هذا لا نزال نطلق على هذا الشكل من أشكال التشتت بـ"أثر تندال" أو "تشتت رايلي" نسبة الى هذين العالمين.

ويظهر"أثر تندال" فقط عندما تكون الجسيمات المسؤولة عن التشتت دقيقة جداً، مقارنة بطول الموجة الضوئية، كما أن الجسيمات الأكبر حجماً كالغيوم أو قطرات الضباب تقوم بتشتيت الضوء بمختلف أطواله الموجية وليس اللون الأزرق وحسب.

وتسمى هذه الظاهرة "تشتت ماي" ومن خلالها نفسر اللون الأبيض للغيوم.

غير أن أكبر غيوم العواصف قد تزداد سماكتها بحيث لا تسمح سوى للقليل من الضوء بالمرور ما يجعل لون الغيوم رمادياً بل وأسود أيضاً إذا نظرنا إليها من الأسفل.

 

لماذا يكون الغروب أحمر؟

عندما تغيب الشمس تصبح السماء تدريجياً برتقالية ثم حمراء. يحدث ذلك لأن على الضوء الانتقال عبر كميات أكبر فأكبر من الهواء عندما تقترب الشمس من خط الأفق.

وبمثل تلك الكمية الكبيرة من الهواء التي يحتاج الضوء للانتقال عبرها، يتشتت الضوء الأزرق، بينما يبقى اللون الأحمر والبرتقالي والأصفر، ما يفسّر سبب تغير لون الشمس.

كما أن هذه الألوان أيضاً تتشتت بفعل الغبار الموجود في الهواء، ما يولّد أشكالاً مذهلة في السماء في فترة غروب الشمس.

 

الضوء فوق البنفسجي

إن أقصر الأطوال الموجية (للضوء المرئي) هو اللون البنفسجي، كما أن ضوء الشمس يحتوي على نوع من الأشعة يُعرف باسم الأشعة فوق البنفسجية، والتي لها طول موجي أقصر قليلاً من اللون البنفسجي، لكن هذه الأشعة فوق البنفسجية غير مرئية بالنسبة لعين الإنسان.

ومع أننا لا نستطيع رؤية الأشعة فوق البنفسجية، إلا أن العديد من الحشرات تستطيع ذلك.

 

وتعكس بعض الأزهار الأشعة فوق البنفسجية على هيئة خطوط، منتجة أشكالاً ملونة تكون مرئية فقط للحشرات (إلى الأسفل).

تسبب الأشعة فوق البنفسجية حروقاً إذا مكثنا لفترات طويلة تحت أشعة الشمس، حيث تتحول بشرتنا إلى اللون الداكن كي تقينا من خطر هذه الأشعة.

 

ومَثَلُها مَثَلُ الضوء الأزرق والبنفسجي، تتشتت الأشعة فوق البنفسجية بسهولة بواسطة الهواء.

ونتيجة لهذا، تستطيع أن تحصل على بشرة سمراء في يوم تكون فيه الشمس ساطعة، ولو كنت جالساً في الظل.

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
‫‪حياة في الزُّهرة
ي الأسبوع الماضي فريق فلكي عالمي اعلن عن اكتشاف اثار و علامات حيوية ممكن ان تكون صادرة من حياة على كوكب الزهرة و هذه العلامة هي عبارة عن اكتشاف مركب يسمى الفوسفين متواجد في طبقات الغلاف الجوي .. و قد و نضع تحت قد خطوط حمراء .. قد تكون هذه المادة صادرة من حياة هناك و بالاخص من الميكروبات .. هكذا أعلنت الجمعية الملكية الفلكية في مؤتمرها الأسبوع الماضي .. للامانة هذا الخبر يجب الا يمر مرور الكرام و هو خبر ضخم جدا جدا .. صاعق و مفرح و غريب و مشاعر ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪بطاريات نووية آمنة وطويلة الأمد قد تكون حقيقة واقعة قريبًا
قلم:    ديفيد هامبلينغ
ترجمة: مي بورسلي
في عام 1977 انطلق المسباران فوياجر Voyager لبدء ما سيثبت أنه أطول الرحلات التي قطعتها أجسام من الأرض على الإطلاق. حاليا، غادرت المركبتان المجموعة الشمسية والمسبار فوياجر 2 يرسل إلينا قياسات الفضاء بين النجوم. ومع تقدم الإنجازات، فإنها تُصنف من بين أعمق الإنجازات البشرية. ولكن نادرًا ما يُحتفى بأحد الجوانب الحاسمة لهذا النجاح: فمن المؤكد أن لدى هذين المسبارين بطاريات جيدة.
في ظروف الحياة ... (قراءة المقال)