Onze lucht is blauw en de zon geel, maar waarom?

Als we vanaf de aarde naar de hemel kijken, dan is die blauw. En de zon is geel. Een astronaut ziet echter een witte zon in een zwart heelal. Hoe komt het dat onze hemel dan blauw is?

De hemel noch het heelal stralen licht uit. De enige lichtbron van betekenis voor ons is de zon. De zon straalt wit licht uit. Vandaar dat een ruimtevaarder een witte zon ziet. Maar het witte licht is samengesteld uit alle kleuren van de regenboog. Dat kunnen we waarnemen door wit licht door een prisma te laten schijnen of natuurlijk door een regenboog zelf.

Wanneer het witte licht van de zon de dampkring van de aarde binnendringt, reageert het meteen met de gasmoleculen. Het licht wordt door de luchtmoleculen verstrooid. Het is te vergelijken met de verstrooiing van licht bij mist. Het lijkt dan wel alsof het licht niet alleen van de lichtbron komt, maar ook van de waterdruppeltjes in de mist.

Hoeveel het licht precies verstrooid wordt, hangt af van de golflengte, en dus van de kleur van het licht. De verstrooiing wordt beschreven met deze formule van de hand van de Britse Nobelprijswinnaar Lord Rayleigh:

Het belangrijkste element uit deze formule – voor dit artikel – is dat de hoeveelheid Rayleighverstrooiing omgekeerd evenredig is met de golflengte (λ) tot de 4de macht. De golflengte van blauw licht is ongeveer twee keer zo kort als die van rood licht. En daardoor is de verstrooiing van blauw licht ongeveer 24; 16 keer zo groot als die van rood licht.

Blauw licht wordt dus het best verstrooid, groen en geel licht al minder goed en rood licht gaat zo goed als rechtdoor door de dampkring heen. Het resultaat is dat de lucht blauw kleurt. Door de verstrooiing is het witte licht een beetje van zijn kleur kwijtgeraakt. Het resultaat daarvan is dat de zon geel kleurt.

In het heelal is er geen lucht. Het licht wordt er dus niet verstrooid en de hemel is er zwart met een witte zon.

Bij zonsopgang en zonsondergang moet het licht een opmerkelijk langere weg afleggen door de atmosfeer alvorens het ons bereikt. Het blauwe licht wordt daardoor zo goed als volledig verstrooid en ook een deel van het gele licht wordt nu verstrooid. Wat overblijft zijn meer oranje en rode tinten.

Net na een grote vulkaanuitbarsting, wanneer de roet en stofdeeltjes nog volop rondzweven in de atmosfeer, wordt het licht nog extra verstrooid. Vooral dan worden de roodste en naar het gevoel van veel mensen de mooiste zonsondergangen waargenomen.