thuha19051234
Pearl
"Bầu khí quyển của sao Hỏa bị chi phối bởi các hạt bụi có kích thước lớn. Những hạt này tạo ra một thứ gọi là 'Mie Scattering', loại bỏ ánh sáng đỏ khỏi tia nắng mặt trời và chỉ để màu xanh đến mắt chúng ta."
Có thể nói rằng, hoàng hôn là một trong những tuyệt tác của vũ trụ chạm đến tâm hồn đang suy tư của mỗi con người. Rất nhiều kiệt tác đã được tạo ra từ cảnh hoàng hôn, từ những ức tranh, bài thơ đến những bức ảnh đẹp. Sắc đỏ hồng bao phủ bầu trời lúc chạng vạng đánh thức nội tâm, bản thể nghệ thuật trong tất cả chúng ta.
Nhưng đó là chuyện của Trái Đất, nếu bạn may mắn đã được đến thăm sao Hỏa và muốn kết thúc ngày đầu tiên của mình trên quả cầu đỏ bằng cách ngắm cảnh hoàng hôn tuyệt đẹp, bạn sẽ rất ngạc nhiên vì hoàng hôn trên sao hỏa không được tô điểm bởi những tông màu đỏ rực rỡ.
Những hình ảnh tuyệt đẹp về hoàng hôn trên sao Hỏa này được chụp bởi Spirit Rover của NASA vào năm 2005. Những bức ảnh cho thấy mặt trời màu trắng xanh được bao quanh bởi một vầng hào quang màu xanh lam, rất khác so với trên trái đất. Bầu trời của trái đất và sao Hỏa có một mối liên hệ thú vị. Hành tinh của chúng ta có bầu trời chủ yếu là màu xanh lam chuyển sang màu đỏ cam vào lúc bình minh và hoàng hôn. Còn sao Hỏa - hành tinh đỏ có bầu trời ban ngày màu nâu cam nhẹ nhàng chuyển thành một bảng màu hơi xanh vào lúc hoàng hôn. Vậy tại sao cùng có một mặt trời chiếu sáng trên cả hai hành tinh, tại sao màu sắc của chúng lại khác nhau như vậy.
Hoàng hôn Trên Sao Hỏa
Cùng một bức xạ điện từ sẽ đi đến các hành tinh khác nhau với cường độ khác nhau. Nhưng màu sắc của bầu trời và mặt trời trên mỗi hành tinh là hoàn toàn khác nhau. Điều này được giải thích là do ngoài bản thân ánh sáng mặt trời, màu sắc mà chúng ta nhìn thấy phụ thuộc vào một thứ khác nữa: môi trường mà nó đi qua.
Quang phổ điện từ
Ánh sáng sẽ có cách tương tác khác nhau với các hạt khác nhau. Khi nó gặp một loại hạt, ánh sáng có thể bị hấp thụ, phản xạ hoặc phân tán. Mức độ mà điều này xảy ra phụ thuộc vào bản chất của hạt mà nó tương tác. Một số hạt sẽ có xu hướng tán xạ nhiều hơn các bước sóng màu đỏ dài hơn, trong khi những loại hạt khác lại phân tán các sóng màu xanh lam ngắn hơn. Do vậy, một số bước sóng bị loại bỏ trong quá trình truyền ánh sáng và kết quả là màu sắc mà chúng ta nhìn thấy sẽ thay đổi theo. Chẳng hạn, với không gian bên ngoài, nơi không có các hạt để tán xạ, hoặc hấp thụ ánh sáng, mặt trời có màu trắng.
Sự tán xạ ánh sáng trên bầu khí quyển của Trái đất
Tại sao hoàng hôn trên trái đất có màu đỏ? Đó là do tán xạ Rayleigh. Điều này xảy ra khi kích thước của các hạt rất nhỏ so với bước sóng của ánh sáng. Các phân tử nitơ và oxy cực nhỏ có trong bầu khí quyển của trái đất sẽ phân tán các bước sóng màu xanh lam và vào thời điểm ánh sáng chiếu tới mắt chúng ta, chỉ còn lại màu đỏ. Vì vậy, để hiểu tại sao hoàng hôn trên sao Hỏa lại có màu xanh lam, trước tiên, chúng ta cần kiểm tra thành phần của bầu khí quyển sao Hỏa.
Bầu khí quyển của sao Hỏa "loãng" hơn gần 80 lần so với khí quyển của trái đất. Bầu khí quyển mỏng này bao gồm 95% carbon dioxide, 3% nitơ, 1,6% argon và ít hơn 1% oxy. Nhưng có một thứ khác chi phối bầu khí quyển sao Hỏa đó là những hạt bụi. Bề mặt Sao Hỏa được bao phủ bởi các hạt bụi zeolit, hematit, olivin và magnetit; và những hạt này là nhân tố chính tạo nên khung cảnh hoàng hôn màu xanh lam trên sao Hỏa.
Khung cảnh trên sao Hỏa
Như đã nói ở phần trên, sự tán xạ của ánh sáng sẽ phụ thuộc nhiều vào kích thước của các hát. Các hạt nhỏ hơn trên bầu khí quyển của trái đất có lợi cho sự tán xạ Rayleigh. Nhưng trên sao Hỏa tình hình lại khác, các hạt bụi lơ lửng trong bầu khí quyển của nó có kích thước từ 400-700 nm, gần bằng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy. Vì thế mà những hạt này không thể trải qua quá trình tán xạ Rayleigh, thay vào đó chúng tuân theo một hiện tượng quang học khác gọi là The Mie Scattering.
Tán xạ Mie chủ yếu theo hướng thuận, tức là theo hướng của tia tới
Nhìn chúng, hiện tượng tán xạ Mie được cho là tán xạ các ánh sáng có bước sóng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào kích thước của các hạt có mặt và hướng của tia tới, bước sóng mà chúng chủ yếu tán xạ khác nhau. Ví dụ như các hạt bụi trong bầu khí quyển sao Hỏa tán xạ ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng xanh lam. Điều này cùng với sự hiện diện của một lượng dồi dào ôxít sắt có màu đỏ là lý do tại sao bầu trời sao Hỏa có màu đỏ.
Mặt trời, khi nhìn từ sao Hỏa trông có màu xanh làm vì bầu khí quyển của sao Hỏa lọc ra các bước sóng đỏ hơn. Kích thước các hạt bụi trên sao Hỏa được coi là hoàn hảo để tán xạ ánh sáng đỏ, vì thế các hạt này tán xạ các bước sóng màu đỏ nhiều hơn các bước sóng màu xanh lam.
Bởi vì ánh sáng mặt trời truyền đi quãng đường dài nhất trong thời gian mặt trời mọc và lặn, cho nên ánh sáng đỏ có bước sóng dài sẽ biến mất, những gì còn lại chính là các bước sóng ngắn hơn có màu xanh lam. Đây được gọi là "sự tuyệt chủng chọn lọc bước sóng" và nó là nguyên nhân khiến mặt trời trông có vẻ hơi xanh.
Hãy hình dung đơn giản hơn, nếu bầu khí quyển như một bộ lọc ánh sáng mặt trời thì bầu khí quyển của trái đất tốt hơn trong việc lọc ánh sáng xanh để lại ánh sáng đỏ thì bầu khí quyển của sao Hỏa tốt hơn trong việc lọc ánh sáng đỏ và để lại ánh sáng xanh lam.
Vấn đề thứ hai đó là vầng hào quang xanh quanh Mặt trời. Ánh sáng xanh kỳ lạ xung quanh mặt trời không thể giải thích đơn giản bằng cách nêu ra sự tuyệt chủng chọn lọc bước sóng. Ở đây, mô hình tán xạ cũng có vai trò đáng kể. Như đã đề cập trước đó, sự tán xạ Mie phụ thuộc mạnh mẽ vào hướng của tia sáng, và nó chủ yếu theo hướng thuận. Như vậy, khi đi qua bầu khí quyển của sao Hỏa, phần lớn ánh sáng sẽ bị tán xạ theo hướng thuận với các góc nhỏ. Và kết quả là, thay vì sự xuất hiện một sắc xanh lam trải khắp đường chân trời thì chúng ta thấy nhiều hơn một vầng hào quang màu xanh lam tập trung nhỏ xung quanh mặt trời.
Các mô hình tán xạ
Ngoài ra, các mô hình tán xạ khác nhau cũng làm xuất hiện các màu sắc khác nhau. Theo chiều thuận, cường độ ánh sáng xanh lam lớn hơn cường độ của ánh sáng đỏ gần 6 sáu lần. Vì thế mà chúng ta thường thấy bóng màu xanh lam sáng hơn gần mặt trời hơn. Cường độ cực đại của ánh sáng lam quan sát được ở góc tán xạ là 10 độ. Sau đó, khi góc tán xạ tăng lên, sự thống trị của các bước sóng màu xanh lam bắt đầu giảm xuống. Ngoài góc tán xạ 28 độ, cường độ của các bước sáng màu đỏ sẽ chiếm chiếm ưu thế hơn, và kết quả là, ánh sáng xanh lam dần dần tàn lụi trên bầu trời màu xám đỏ của sao Hỏa. Kết luận, màu xanh lam của mặt trời là do hiện tượng tắt chọn lọc bước sóng, và vầng sáng xanh là kết quả của sự tán xạ góc của ánh sáng mặt trời do "Mie Scattering".
Cùng thời gian đó, một người ở Hawaii đã báo cáo lại về việc chứng kiến một quầng sáng xanh xung quanh mặt trời và được bao phủ bởi một vòng màu nâu. Hiện tượng này có thể được gây ra bởi các hạt bụi núi lửa có kích thước lớn phun ra bầu khí quyển sau vụ phun trào.
Bên cạnh nguyên nhân từ các vụ phun trào núi lửa, cảnh hoàng hôn xanh lam cũng đã được ghi nhận ở sa mạc Ả Rập mặc dù hiếm hoi, nơi này thường xuyên có bão bụi. Ngoài ra, cháy rừng cũng có thể dẫn đến hoàng hôn xanh.
Màu sắc của hoàng hôn trên sao Hỏa còn phụ thuộc rất nhiều vào một yếu tố khác, đó chính là đôi mắt của chúng ta. Màu sắc thực sự của hoàng hôn trên sao Hỏa chỉ có thể được mô tả lại khi con người cảm nhận được nó. Và hiện tại, chúng ta chỉ có thể tin tưởng và hài lòng với những hình ảnh được gửi từ những nhà thám hiểm sao Hỏa, hoặc kiên nhẫn chờ đợi để xem cảnh hoàng hôn xanh trên Trái Đất liệu có thể có trong tương lai không?
Nguồn scienceabc
Có thể nói rằng, hoàng hôn là một trong những tuyệt tác của vũ trụ chạm đến tâm hồn đang suy tư của mỗi con người. Rất nhiều kiệt tác đã được tạo ra từ cảnh hoàng hôn, từ những ức tranh, bài thơ đến những bức ảnh đẹp. Sắc đỏ hồng bao phủ bầu trời lúc chạng vạng đánh thức nội tâm, bản thể nghệ thuật trong tất cả chúng ta.
Nhưng đó là chuyện của Trái Đất, nếu bạn may mắn đã được đến thăm sao Hỏa và muốn kết thúc ngày đầu tiên của mình trên quả cầu đỏ bằng cách ngắm cảnh hoàng hôn tuyệt đẹp, bạn sẽ rất ngạc nhiên vì hoàng hôn trên sao hỏa không được tô điểm bởi những tông màu đỏ rực rỡ.
Những hình ảnh tuyệt đẹp về hoàng hôn trên sao Hỏa này được chụp bởi Spirit Rover của NASA vào năm 2005. Những bức ảnh cho thấy mặt trời màu trắng xanh được bao quanh bởi một vầng hào quang màu xanh lam, rất khác so với trên trái đất. Bầu trời của trái đất và sao Hỏa có một mối liên hệ thú vị. Hành tinh của chúng ta có bầu trời chủ yếu là màu xanh lam chuyển sang màu đỏ cam vào lúc bình minh và hoàng hôn. Còn sao Hỏa - hành tinh đỏ có bầu trời ban ngày màu nâu cam nhẹ nhàng chuyển thành một bảng màu hơi xanh vào lúc hoàng hôn. Vậy tại sao cùng có một mặt trời chiếu sáng trên cả hai hành tinh, tại sao màu sắc của chúng lại khác nhau như vậy.
Khí quyển ảnh hưởng đến ánh sáng mặt trời như thế nào?
Mặt trời phát ra một phổ bức xạ điện từ khác nhau, từ tia gamma tần số cao đến sóng vô tuyến tần số thấp. Mắt của chúng ta có thể phát hiện được một phần của bức xạ này được gọi là quang phổ khả kiến. Quang phổ khả kiến được gói là "ánh sáng trắng" được bao gồm thêm bảy bước sóng khác nhau mà chúng ta đều biết bằng từ viết tắt nổi tiếng VIBGYOR (bảy sắc cầu vồng).Cùng một bức xạ điện từ sẽ đi đến các hành tinh khác nhau với cường độ khác nhau. Nhưng màu sắc của bầu trời và mặt trời trên mỗi hành tinh là hoàn toàn khác nhau. Điều này được giải thích là do ngoài bản thân ánh sáng mặt trời, màu sắc mà chúng ta nhìn thấy phụ thuộc vào một thứ khác nữa: môi trường mà nó đi qua.
Ánh sáng sẽ có cách tương tác khác nhau với các hạt khác nhau. Khi nó gặp một loại hạt, ánh sáng có thể bị hấp thụ, phản xạ hoặc phân tán. Mức độ mà điều này xảy ra phụ thuộc vào bản chất của hạt mà nó tương tác. Một số hạt sẽ có xu hướng tán xạ nhiều hơn các bước sóng màu đỏ dài hơn, trong khi những loại hạt khác lại phân tán các sóng màu xanh lam ngắn hơn. Do vậy, một số bước sóng bị loại bỏ trong quá trình truyền ánh sáng và kết quả là màu sắc mà chúng ta nhìn thấy sẽ thay đổi theo. Chẳng hạn, với không gian bên ngoài, nơi không có các hạt để tán xạ, hoặc hấp thụ ánh sáng, mặt trời có màu trắng.
Tại sao hoàng hôn trên trái đất có màu đỏ? Đó là do tán xạ Rayleigh. Điều này xảy ra khi kích thước của các hạt rất nhỏ so với bước sóng của ánh sáng. Các phân tử nitơ và oxy cực nhỏ có trong bầu khí quyển của trái đất sẽ phân tán các bước sóng màu xanh lam và vào thời điểm ánh sáng chiếu tới mắt chúng ta, chỉ còn lại màu đỏ. Vì vậy, để hiểu tại sao hoàng hôn trên sao Hỏa lại có màu xanh lam, trước tiên, chúng ta cần kiểm tra thành phần của bầu khí quyển sao Hỏa.
Khí quyển sao Hỏa
Sao hỏa ở xa mặt trời hơn nhiều so với trái đất. Do đó mà khi nhìn từ Sao Hỏa, mặt trời trông nhỏ hơn và mờ hơn. Theo dữ liệu được các nhà thám hiểm sao hỏa thu thập, mặt trời có màu trắng xanh khi nhìn từ sao Hỏa. Ngoài ra, trong lúc hoàng hôn, mặt trời dường như được bao quanh bởi một vầng hào quang ánh sáng xanh lam mờ dần và hòa quyện với bầu trời sao Hỏa màu xám đỏ.Bầu khí quyển của sao Hỏa "loãng" hơn gần 80 lần so với khí quyển của trái đất. Bầu khí quyển mỏng này bao gồm 95% carbon dioxide, 3% nitơ, 1,6% argon và ít hơn 1% oxy. Nhưng có một thứ khác chi phối bầu khí quyển sao Hỏa đó là những hạt bụi. Bề mặt Sao Hỏa được bao phủ bởi các hạt bụi zeolit, hematit, olivin và magnetit; và những hạt này là nhân tố chính tạo nên khung cảnh hoàng hôn màu xanh lam trên sao Hỏa.
Như đã nói ở phần trên, sự tán xạ của ánh sáng sẽ phụ thuộc nhiều vào kích thước của các hát. Các hạt nhỏ hơn trên bầu khí quyển của trái đất có lợi cho sự tán xạ Rayleigh. Nhưng trên sao Hỏa tình hình lại khác, các hạt bụi lơ lửng trong bầu khí quyển của nó có kích thước từ 400-700 nm, gần bằng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy. Vì thế mà những hạt này không thể trải qua quá trình tán xạ Rayleigh, thay vào đó chúng tuân theo một hiện tượng quang học khác gọi là The Mie Scattering.
Mie tán xạ
Tán xạ Mie là loại tán xạ chủ yếu ở các hạt lớn hơn, không giống như tán xạ Rayleigh, chúng không phụ thuộc nhiều vào bước sóng. Thay vào đó, sự tán xạ này phụ thuộc nhiều hơn vào hướng của các tia. Ở đây, sự tán xạ của ánh sáng xảy ra theo hướng về phía trước nhiều hơn so với sự tán xạ sang một bên hoặc ngược lại.
Nhìn chúng, hiện tượng tán xạ Mie được cho là tán xạ các ánh sáng có bước sóng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào kích thước của các hạt có mặt và hướng của tia tới, bước sóng mà chúng chủ yếu tán xạ khác nhau. Ví dụ như các hạt bụi trong bầu khí quyển sao Hỏa tán xạ ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng xanh lam. Điều này cùng với sự hiện diện của một lượng dồi dào ôxít sắt có màu đỏ là lý do tại sao bầu trời sao Hỏa có màu đỏ.
Đĩa mặt trời màu xanh và vầng hào quang mờ dần xung quanh nó
Có hai đặc điểm nổi bật trong các phân tích từ các nhà khoa học: đĩa mặt trời có màu hơi xanh và vầng hào quang xanh mờ dần xung quanh mặt trời. Vậy tại sao lại có những điều này xảy ra?Mặt trời, khi nhìn từ sao Hỏa trông có màu xanh làm vì bầu khí quyển của sao Hỏa lọc ra các bước sóng đỏ hơn. Kích thước các hạt bụi trên sao Hỏa được coi là hoàn hảo để tán xạ ánh sáng đỏ, vì thế các hạt này tán xạ các bước sóng màu đỏ nhiều hơn các bước sóng màu xanh lam.
Bởi vì ánh sáng mặt trời truyền đi quãng đường dài nhất trong thời gian mặt trời mọc và lặn, cho nên ánh sáng đỏ có bước sóng dài sẽ biến mất, những gì còn lại chính là các bước sóng ngắn hơn có màu xanh lam. Đây được gọi là "sự tuyệt chủng chọn lọc bước sóng" và nó là nguyên nhân khiến mặt trời trông có vẻ hơi xanh.
Hãy hình dung đơn giản hơn, nếu bầu khí quyển như một bộ lọc ánh sáng mặt trời thì bầu khí quyển của trái đất tốt hơn trong việc lọc ánh sáng xanh để lại ánh sáng đỏ thì bầu khí quyển của sao Hỏa tốt hơn trong việc lọc ánh sáng đỏ và để lại ánh sáng xanh lam.
Vấn đề thứ hai đó là vầng hào quang xanh quanh Mặt trời. Ánh sáng xanh kỳ lạ xung quanh mặt trời không thể giải thích đơn giản bằng cách nêu ra sự tuyệt chủng chọn lọc bước sóng. Ở đây, mô hình tán xạ cũng có vai trò đáng kể. Như đã đề cập trước đó, sự tán xạ Mie phụ thuộc mạnh mẽ vào hướng của tia sáng, và nó chủ yếu theo hướng thuận. Như vậy, khi đi qua bầu khí quyển của sao Hỏa, phần lớn ánh sáng sẽ bị tán xạ theo hướng thuận với các góc nhỏ. Và kết quả là, thay vì sự xuất hiện một sắc xanh lam trải khắp đường chân trời thì chúng ta thấy nhiều hơn một vầng hào quang màu xanh lam tập trung nhỏ xung quanh mặt trời.
Ngoài ra, các mô hình tán xạ khác nhau cũng làm xuất hiện các màu sắc khác nhau. Theo chiều thuận, cường độ ánh sáng xanh lam lớn hơn cường độ của ánh sáng đỏ gần 6 sáu lần. Vì thế mà chúng ta thường thấy bóng màu xanh lam sáng hơn gần mặt trời hơn. Cường độ cực đại của ánh sáng lam quan sát được ở góc tán xạ là 10 độ. Sau đó, khi góc tán xạ tăng lên, sự thống trị của các bước sóng màu xanh lam bắt đầu giảm xuống. Ngoài góc tán xạ 28 độ, cường độ của các bước sáng màu đỏ sẽ chiếm chiếm ưu thế hơn, và kết quả là, ánh sáng xanh lam dần dần tàn lụi trên bầu trời màu xám đỏ của sao Hỏa. Kết luận, màu xanh lam của mặt trời là do hiện tượng tắt chọn lọc bước sóng, và vầng sáng xanh là kết quả của sự tán xạ góc của ánh sáng mặt trời do "Mie Scattering".
Hoàng hôn xanh có xuất hiện trên trái đất không?
Có thể bạn sẽ nghĩ rằng hy vọng duy nhất của bạn để chứng kiến cảnh hoàng hôn xanh là bằng cách thực hiện một chuyến đi đến sao Hỏa. Hiếm hoi, chúng ta cũng sẽ nhìn thấy cảnh hoàng hôn xanh trên chính hành tinh của chúng ta. Vào năm 1883, sau khi núi lửa Krakatoa phun trào, người dân địa phương đã nói lại rằng mặt trời và mặt trong trong khu vực họ sống có màu xanh làm trong hơn một tháng sau đó.Cùng thời gian đó, một người ở Hawaii đã báo cáo lại về việc chứng kiến một quầng sáng xanh xung quanh mặt trời và được bao phủ bởi một vòng màu nâu. Hiện tượng này có thể được gây ra bởi các hạt bụi núi lửa có kích thước lớn phun ra bầu khí quyển sau vụ phun trào.
Bên cạnh nguyên nhân từ các vụ phun trào núi lửa, cảnh hoàng hôn xanh lam cũng đã được ghi nhận ở sa mạc Ả Rập mặc dù hiếm hoi, nơi này thường xuyên có bão bụi. Ngoài ra, cháy rừng cũng có thể dẫn đến hoàng hôn xanh.
Màu sắc của hoàng hôn trên sao Hỏa còn phụ thuộc rất nhiều vào một yếu tố khác, đó chính là đôi mắt của chúng ta. Màu sắc thực sự của hoàng hôn trên sao Hỏa chỉ có thể được mô tả lại khi con người cảm nhận được nó. Và hiện tại, chúng ta chỉ có thể tin tưởng và hài lòng với những hình ảnh được gửi từ những nhà thám hiểm sao Hỏa, hoặc kiên nhẫn chờ đợi để xem cảnh hoàng hôn xanh trên Trái Đất liệu có thể có trong tương lai không?
Nguồn scienceabc
