Η ΣΚΕΔΑΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΑΙ ΤΟ ΧΡΩΜΑ ΤΟΥ ΟΥΡΑΝΟΥ
Με τον όρο σκέδαση εννοείται η διέγερση και αποδιέγερση ενός μορίου και η επανεκπομπή φωτονίων είτε ενέργειας Ε, δηλαδή ίσης με την αρχική, είτε ενέργειας Ε ± ΔΕ, δηλαδή ελαφρώς διαφοροποιημένης από την αρχική (ελαστική / ανελαστική σκέδαση).
Ελαστικές σκεδάσεις Rayleigh και Mie
H ειδοποιός διαφορά των δύο ελαστικών σκεδάσεων βρίσκεται στη σύγκριση μεταξύ μεγέθους ατμοσφαιρικής ύλης και μήκους κύματος λ της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.
Η σκέδαση της ακτινοβολίας από ατμοσφαιρική ύλη διαμέτρου συγκρίσιμης με το μήκος κύματος λ αποδίδεται με τον όρο “σκέδαση Mie”, ενώ η σκέδαση από ατμοσφαιρική ύλη πολύ μικρότερης διαμέτρου συγκριτικά με το λ αποδίδεται με το όρο “σκέδαση Rayleigh”.
Σκέδαση Rayleigh
Η μοριακή σκέδαση της ακτινοβολίας περιγράφηκε από τον Λόρδο Rayleigh to 1871, ενώ χάρη στη μελέτη του εξηγήθηκε το γαλάζιο χρώμα του ουρανού τις πρωινές ώρες και το πορτοκαλί κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου.
Στην επεξήγηση των χρωματικών φαινομένων του ουράνιου θόλου, έμφαση πρέπει να δοθεί στο ότι το ποσοστό της σκέδασης (%) είναι αντιστρόφως ανάλογο της τέταρτης δύναμης του μήκους κύματος λ, ώστε όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος, το φαινόμενο της σκέδασης γίνεται πολύ πιο έντονο.
Έτσι, τα μπλε μήκη κύματος που βρίσκονται στο κάτω όριο του ορατού φάσματος σκεδάζονται περισσότερο και, λόγω της θέσης του ήλιου κατά τη διάρκεια της ημέρας, “σκεπάζουν” τον ουρανό, δίνοντάς του ενιαίο γαλάζιο χρώμα.
Από την σκοπιά όμως ενός παρατηρητή της ανατολής και της δύσης του ηλίου –όταν οι ακτίνες πρέπει να διαπεράσουν μεγαλύτερο ατμοσφαιρικό πάχος– τα μπλε μήκη κύματος που σκεδάζονται εντονότερα εξασθενούν από τις πολλαπλές σκεδάσεις, ενώ παράλληλα διαφεύγουν στα υψηλότερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Έτσι, αφήνουν τα χαμηλότερα στρώματα του ορίζοντα στα μεγάλα μήκη κύματος του ορατού φάσματος, δηλαδή τα πορτοκαλί και τα κόκκινα, τα οποία δεν σκεδάζονται τόσο και έτσι “επιβιώνουν”.
Σκέδαση Mie
Η πρώτη θεωρία για τη σκέδαση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από διηλεκτρικές σφαίρες μεγέθους συγκρίσιμου με το μήκος κύματος λ της ακτινοβολίας διατυπώθηκε από τον Γερμανό φυσικό Gustav Mie το 1908.
Η σκέδαση του φωτός από σωματίδια με διάμετρο συγκρίσιμη του λ δεν έχει αντιστρόφως ανάλογη εξάρτηση από το μήκος κύματος, όπως η σκέδαση κατά Rayleigh, συνεπώς δεν απομειώνεται η σκέδαση κάποιων λ έναντι άλλων.
Ένα γνωστό παράδειγμα σκέδασης κατά Mie είναι το λευκό χρώμα των σύννεφων, καθώς, αποτελούμενα αυτά από μεγάλα σφαιρικά σωματίδια, σκεδάζουν όλα τα μήκη κύματος του ήλιου.
Επίσης, η διάδοση της ακτινοβολίας μέσω πυκνής ατμοσφαιρικής μάζας, όπως σύννεφο ή εκτενής ομίχλη, συνοδεύεται από φαινόμενα πολλαπλής σκέδασης (multiple scattering), μεγάλη εξασθένηση της δέσμης και εντονότερη εμπρόσθια σκέδαση.
Η ατμοσφαιρική ύλη που σκεδάζει κατά Rayleigh είναι τα μόρια της ατμόσφαιρας, ενώ κατά Mie σκεδάζουν τα αερολύματα, όπως αυτά της αφρικανικής σκόνης στα οποία οφείλεται και το πορτοκαλί χρώμα του ουρανού.
Η αφρικανική σκόνη είναι ένας σημαντικός ρύπος για την Ελλάδα και φθάνει από την έρημο Σαχάρα.
Μεταφέρεται με τη βοήθεια του ανέμου σε μακρινές αποστάσεις. Τα ερημικά aerosols έχουν μεγάλο μέγεθος, έως και 100μm, αλλά μόνο τα μικρότερα των 10μm και ελαφρύτερα μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις, συνήθως πάνω από 5.000km, διότι τα μεγαλύτερα, ως βαρύτερα καθιζάνουν στη πορεία τους.
https://ikee.lib.auth.gr/record/306452/files/GRI-2019-25189.pdf
https://www.in.gr/wp-content/uploads/2024/04/DSCN4126.jpg
