لقد ساد اعتقاد بين الكثير من الناس أن السماء تبدو زرقاء لأن ضوء الشمس ينعكس على سطح المحيط ويعود إلى السماء. ولكن السماء تبدو زرقاء وسط الحقول الخضراء بعيدا عن البحر. وثمة اعتقاد آخر مفاده أن مصدر زرقة السماء هو قطرات المياه في الغلاف الجوي. ولكن السماء تبدو زرقاء في المناطق شديدة الجفاف كالصحراء. فما المصدر الحقيقي للون الأزرق؟ ينتقل الضوء في صورة موجات، ولكل لون من ألوان الطيف طول موجي محدد. فبينما يمتلك الضوء الأحمر أطول الأطوال الموجية، فإن الضوءين الأزرق والبنفسجي لهما أطوال موجية أقصر بكثير.

عندما يصل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي للأرض، يتشتت أو ينحرف، بفعل جزيئات الغاز الدقيقة في الهواء، الذي يغلب عليه النتروجين والأكسجين. ويعتمد تشتت الضوء في الغلاف الجوي على الطول الموجي للضوء وحجم المادة التي تشتته، فيما يسمى بـ"تشتت رايلي"، نسبة إلى اللورد رايلي، عالم الفيزياء البريطاني الذي اكتشفها. ويُعرف تشتت رايلي بأنه تبعثر الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي بفعل جسيمات يعادل نصف قطرها عُشر الطول الموجي للإشعاع. وتعد جزئيات الغاز في الهواء، مثل الهيدروجين الذي يشكل 78% من الغلاف الجوي، أصغر بنحو ألف مرة من الطول الموجي للضوء المرئي. وتمتص جزيئات الأكسجين والنتروجين في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي الأطوال الموجية الأقصر، كالأزرق والبنفسجي، وتشتتها في جميع الاتجاهات، بينما يمر الأحمر ذو الطول الموجي الأطول إلى الأرض. لكن السماء في منتصف النهار تبدو زرقاء لا بنفسجية، لأن أعيننا أكثر حساسية للون الأزرق، ولأن الضوء البنفسجي تمتصه جزيئات الغاز في الهواء في الطبقات العلوية من الغلاف الجوي. ويطغى الضوء الأزرق على النجوم، إلى درجة أننا لا نراها صباحا.

عندما تنحدر الشمس نحو الأفق يتغير لون السماء من الأزرق إلى الأحمر والبرتقالي (غيتي إيميجز)

عندما تنحدر الشمس نحو الأفق في وقت الغروب، تمر أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي بزاوية مائلة ومن ثم تنتقل الأشعة لمسافة أطول منها في وقت الظهيرة. وفي الوقت نفسه، تكون كميات جزيئات النتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي وجسيمات الغبار التي تحجب وتشتت ضوء الشمس أكثر منها في وقت الظهيرة. وتكون قطيرات الماء وبلورات الثلج ضخمة نسبيا مقارنة بالطول الموجي للضوء المرئي. وتحجب هذه الجزيئات والقطيرات الغالبية العظمى من الأطوال الموجية القصيرة، كموجات الضوء الأزرق والبنفسجي، ومن ثم يتراجع تأثير هذين اللونين على السماء. ولا يصل إلى الأرض سوى الألوان ذات الطول الموجي الأطول، كالأحمر والبرتقالي. وتلون هذه الأشعة جزيئات الغبار وغيرها من الجزيئات بالقرب من الأفق وكذلك قطيرات الماء في الغيوم باللون الأحمر والبرتقالي والأصفر في وقت الغروب.

مشهد غروب الشمس من كوكب المريخ (ناسا)

وإذا اقتربنا من الفضاء، سنرى السماء سوداء، لأنه لا يوجد أي شيء يشتت ضوء الشمس قبل أن يصل لأعيننا. وعلى عكس كوكب الأرض، فإن الغلاف الجوي لكوكب المريخ مليء بالغبار الرقيق، ويغلب عليه ثاني أكسيد الكربون. وهذه الجسيمات الرقيقة تشتت الضوء بطريقة مختلفة مقارنة بالغازات والجسيمات في الغلاف الجوي لكوكب الأرض. ففي وقت الظهيرة، تميل سماء المريخ إلى اللون البرتقالي أو الأحمر، ولكن في وقت مغيب الشمس تتلون السماء حول المريخ باللون الرمادي المائل إلى الزرقة. وذلك لأن الغبار في الغلاف الجوي يمتص اللون الأزرق ويضفي على السماء لونا أحمر، ويشتت الضوء الأزرق في المنطقة المحيطة بالشمس. ولا يبدو اللون الأزرق واضحا في السماء في كوكب المريخ إلا في وقت الشروق والغروب، عندما يمر الضوء بأكبر قدر ممكن من الغبار.