Taeva värvus

Foto: Arvo Meeks

Augusti viimased päevad on toonud imeteldavaid taevatantse, värvusmuutusi, pilveformatsioone ja nähtusi; isegi taevasina on põrgatunud peaaegu lubivalgest (23. ja 24. augustil) kuni sügavsiniseni (26. augustil, kus oli vähegi selget ilma). Seetõttu on huvipakkuv ja paslik uurida, milles asi ehk et proovin heita valgust sellele, millest oleneb taeva värvus.

Taevasina põhjuseks on valguse hajumine õhumolekulide kaootilisest liikumisest tingitud hõrenduste ja tihenduste ehk fluktuatsioonide (kõikumiste) tõttu (teise seletuse järgi toimub hajumine molekulidelt). Sellisel juhul hajuvad eelistatult lühemad lainepikkused. Seda nähtust tuntakse molekulaarse ehk Rayleigh’ hajumisena. Rayleigh’ hajumine on nime saanud briti füüsiku lord Rayleigh järgi, kes kirjeldas seda esmakordselt 1871. aastal, kuid tänapäeval eelistatakse informatiivsuse huvides mõistet molekulaarne hajumine, sest hajumistsentriteks on õhu koostisgaaside molekulid.

Kui valguse teekond atmosfääris on väga pikk, näiteks päikeseloojangu ajal, siis on sinine ja violetne valgus nii palju jõudnud hajuda, et näeme õhtutaevast roosaka või punakana. Lühemad lainepikkused lisaks hajumisele ka neelduvad paremini. Seetõttu, mida kõrgemale atmosfääris liikuda, seda enam on alles lühilainelisemat nähtavat komponenti ja seda violetsem on taevas. Teine taevasina põhjus on veel: päikese kiirgusmaksimum on rohekassinises, selle lainepikkusega energiat on spektris enam kui violetset.

Kui hajutavad osakesed on enam-vähem võrdsed (või ka suuremad) hajuva valguse lainepikkusega, siis hajuvad kõik lainepikkused võrdsel määral. Seda nähtust tuntakse sfäärilise ehk Mie hajumisena. Mie teooria on saanud oma nime oma arendaja, füüsiku Gustav Mie (1867–1957) järgi, enne teda on samalaadseid selgitusi andnud näiteks Taani füüsik Ludvig Lorenz, kuid erinevalt Miest ei saanud teiste artiklid nii palju tähelepanu. Jällegi, tänapäeval eelistatakse informatiivsuse tõttu terminit sfääriline hajumine Mie asemel, sest hajumine toimub sfääridelt, mille mõõtmed on vähemalt kümnendik nähtavast lainepikkusest. Atmosfääris on ligilähedaselt sellised mitmesugused heljuvas olekus tolmuosakesed ja veepiisakesed, mistõttu näeme näiteks rünkpilvi tavaliselt valgetena või udu piimjalt valkja ja helehallina. Ka väiksematelt laiustelt tulnud sumestatud (tolmuses, niiskes) õhumassis on sfääriline hajumine tugevam, mistõttu taevas näib valkjam.

Kes aga tahab veelgi sügavamale minna ja protsesse mõista aatomites või molekulides toimuvate protsesside tasemel, sellele on seletus järgmine. Taevasina põhjuseks võiks esimese hoobiga pidada valguse hajumist. Kui aga uurida lähemalt, siis selgub, et valgus võib läbida keskkonda kahel moel: kas puhtalt elektromagnetlainetusena või siis avaldavad valgus ja aineosakesed üksteisele vastastikust mõju ja sel juhul neelduvad valguskvandid molekulidelt, mis kiirgavad seejärel samu valguskvante, mis neeldusid molekulidel. Just selles taevasina põhjus seisnebki. Sealjuures neelduvad rohkem lühema lainepikkusega kvandid (sinised ja violetsed), mille molekul uuesti välja kiirgab (sama kvandi, mis neeldus). Seega kiiratakse uuesti välja rohkem sinist ja ultravioletset valgust. See on siis molekulaarne (Rayleigh’) hajumine. Tänapäeval öeldakse mõnikord kokkuvõtlikult, et valgus (eelkõige lühemad lainepikkused) hajub õhu tiheduse pisimuutlikkuse (fluktuatsioonide) tõttu.

Suur kuumus, mis valitses Eestis 23. ja 24. augustil, on kadunud ja asemele tulnud tavaline hilissuvine ilm, kui hommikud võivad ehmatada 5kraadise temperatuuriga, aga päeviti on veel 20 kraadi ja rohkemgi. Kuigi Eesti ilma mõjutavad nii kõrg- kui madalrõhkkonnad, on viimaste mõju ülekaalus, mistõttu on ilm üsna pilvine ja aeg-ajalt sajab hoovihma, rohkem ilmselt 1. septembri paiku, kuid seejärel läheb kuivemaks ja soojemaks. Suurt sadu või tormist ilma pole siiski oodata.