Tại sao bầu trời lại có màu xanh ?

Hồi bé chắc chắn ai cũng có lúc nghĩ rằng nếu một ngày kia được làm phi hành gia bay lên vũ trụ, chắc chắn lúc đó sẽ rất đẹp vì bầu trời rộng và xanh. Tuy vậy, các phi hành gia trên trạm vũ trụ lại không được nhìn thấy bầu trời xanh ngắt như chúng ta được nhìn thấy hàng ngày. Thay vào đó là mặt trời màu trắng trên nền trời màu đen. Tại sao lại có sự khác nhau này?

(pix courtesy of 21stcip)

Ánh sáng di chuyển trong không gian theo các bước sóng khác nhau. Ánh sáng nhìn thấy được thường có bước sóng khá ngắn, màu đỏ có bước sóng dài nhất còn màu tím có bước sóng ngắn nhất. Mặt trời tạo ra đủ mọi ánh sáng có các màu khác nhau và trộn lẫn tất cả các màu này lại thì chúng ta sẽ có ánh sáng trắng. Đó là lý do tại sao ở ngoài vũ trụ chúng ta nhìn thấy mặt trời có màu trắng.
Khi ánh sáng từ mặt trời đi vào Trái Đất, chúng đi qua khí quyển của Trái Đất trước khi chạm vào chúng ta. Bầu khí quyển của Trái Đất chứa rất nhiều oxy (O) và nytrogen (N). Các phân tử oxy và nytrogen này nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng ánh sáng. Ánh sáng đập vào các phân tử này không bị phản chiếu nhưng bị tán xạ đi khắp mọi hướng (còn nếu đập vào các phân tử nước trong các đám mây thì có thể sẽ tán sắc và tạo ra cầu vồng). Ánh sáng có bước sóng dài hơn (ví dụ như màu đỏ và màu vàng) sẽ ít bị tán xạ hơn còn ánh sáng có bước sóng ngắn như màu xanh hoặc tím sẽ bị tán xạ nhiều hơn. Khi nhìn thấy nền trời màu xanh có nghĩa rằng ánh sáng màu xanh đã được tán xạ và “chạy lung tung” khắp nơi cho tới khi đập vào mắt bạn từ mọi hướng (chứ không phải thẳng từ mặt trời).

Vậy tại sao lại là xanh mà không phải là tím khi màu tím có bước sóng còn nhỏ hơn màu xanh? Lời giải là do ánh sáng màu xanh từ mặt trời có nhiều hơn ánh sáng từ màu tím và mắt người nhạy màu với màu xanh hơn màu tím. Vào lúc hoàng hôn và bình minh thì ánh sáng mặt trời không chiếu thẳng mà phải đi một đường xa hơn mới tới được mắt người. Lúc đó ánh sáng bước sóng ngắn sẽ bị tán xạ đi và mắt người chỉ còn nhìn thấy ánh sáng có bước sóng dài, do vậy bình minh và hoàng hôn thì bầu trời mời có màu đỏ. Trong điều kiện ánh sáng mặt trời bình thường thì bầu trời sẽ có màu xanh bởi sự biến đổi bước sóng khi va đập với khí quyển.