Millest oleneb taeva värvus?

Taevas oli 23. juunil Laagris enne rekordilist äikest tugevalt valkjas ja sombune. See tulenes õhuniiskusest. Foto: Jüri Kamenik

Suvine taevas on ka pilvedeta olnud värviküllane. Väga tihti on taeva värvus olnud valkjas, nii et sina ei ole märgata, aga on ka pruunikat tooni olnud.

Seega taevasina on peaaegu lubivalgest (23. juunil ja mõnel juulipäeval) kuni sügavsiniseni (peamiselt augustis, kui õhk oli mõõdukalt soe ja kui oli vähegi selget ilma). Seetõttu on paslik uurida, millest oleneb taeva värvus.

Taevasina põhjus on valguse hajumine õhumolekulide kaootilisest liikumisest tingitud hõrenduste ja tihenduste ehk fluktuatsioonide (kõikumiste) tõttu.

Teise seletuse järgi toimub hajumine molekulidelt. Sel 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 hajumiskeskmeteks on õhu koostisgaaside molekulid ja nende tiheduse kõikumised.

Kui valguse teekond atmosfääris on väga pikk, näiteks päikeseloojangu ajal, siis on sinine ja violetne valgus nii palju jõudnud hajuda, et neist pole enam eriti midagi järel, ülekaalus on punakad toonid, mistõttu 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, hajuvad kõik lainepikkused võrdsel määral. Seda nähtust tuntakse sfäärilise ehk Mie hajumisena. Mie teooria on saanud 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 valgena 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 Eestit jaaninädalast juuli teise pooleni, on möödanik. August on pakkunud Harju keskmist mõõdukust ja kauaoodatud vihma. Kel põllutööd pooleli, ootab ilmselt siiski ­kuivaperioodi. Praeguse seisuga jääb õhutemperatuur päeviti alla 20 ja öösiti 10 °C piiresse, rannikualadel võib soojem olla. Tasapisi muutub ilm kuivemaks ja vaiksemaks.