Lezersvraag: ‘Waarom is de lucht blauw?’

Iedere week behandelt Scientias.nl op maandagavond een lezersvraag. Deze week vroeg Sanne zich in het vliegtuig op weg naar haar vakantiebestemming af waarom de lucht nu eigenlijk blauw is.

Het is een bekende vraag: Waarom is de lucht blauw? Een vraag die al heel vaak is gesteld, maar hoe zit het nou eigenlijk echt?

Susanne vermoedt zelf dat het te maken heeft met de zee. Die is immers ook blauw, en het is een groot deel van ons aardoppervlak. Maar dat is niet de reden dat onze lucht blauw is. Wel is er een overeenkomst over waarom water blauw lijkt (terwijl het eigenlijk gewoon kleurloos is). Dat komt door het zogenaamde Raleigh-Verschijnsel.

Prisma
Het licht dat van de zon afkomt, is wit. Wit licht bestaat echter uit alle kleuren, waaronder dus ook blauw. Dat is te zien met een prisma, met de natuurkundige proefjes die u waarschijnlijk op de middelbare school deed. Het is ook te zien aan een regenboog: wanneer wit licht opgebroken wordt door water, ontstaat een lijn met alle zichtbare (en twee onzichtbare) kleuren. Eenzelfde fenomeen doet zich voor met licht dat door de lucht vliegt.

Straling tegenhouden
Eén van de eerste wetenschappers die zich bezighielden met de bouw van de atmosfeer was de Brit John Tyndall. Deze natuurkundige liet vooral zien wat bepaalde elementen in de atmosfeer voor effect hebben. Zo kwam hij erachter dat de meest voorkomende elementen (stikstof en zuurstof) bijna immuun waren voor warmtestraling, terwijl waterdamp, koolstofdioxide en ozon straling juist tegenhielden. Dat is belangrijk om te weten als we willen achterhalen waarom de lucht blauw is.

Lichtgolven
Licht bestaat namelijk uit golven. Die golven hebben een frequentie en een golflengte. Alle kleuren hebben een andere frequentie en een andere golflengte – kleuren als rood en groen hebben een lagere frequentie dan blauw.

Botsingen van licht
De blauwe kleur van de lucht komt voor het grootste deel voort uit de botsing van die frequenties van licht met deeltjes in de atmosfeer. Licht blijft namelijk recht door de lucht gaan, tot het in aanraking komt met een deeltje, bijvoorbeeld een molecuul. Hoe het licht reageert op de botsing met het molecuul, hangt af van om welk molecuul het gaat. In principe kan ieder molecuul het licht absorberen. Maar bij de meest voorkomende deeltjes (stikstof en zuurstof) gebeurt er niets direct merkbaars, en vliegt het licht daar recht doorheen. Maar bij botsingen met gasmoleculen in de lucht krijgen we wel een effect: dan zien we blauw licht.

Absorberen
Dat komt omdat die moleculen de lage frequenties (rood, geel, oranje) gewoon doorlaten. Daar zien we dus niets van. Maar de hoge frequenties (blauw) worden geabsorbeerd. Dat blauwe licht wordt dan door het molecuul weer uitgezonden, in alle richtingen. Overal waar u kijkt, vindt u dus wel ergens de uitzending van blauw licht, waardoor de lucht er blauw uitziet.

Blauwe zee
Dit is ook de reden dat de lucht recht boven uw hoofd veel blauwer lijkt dan de lucht richting de horizon. Het licht dat daar in de lucht zit, moet namelijk van veel verder komen, en dus door meer lucht (en moleculen) heen om uw ogen te bereiken. Dat betekent dat het licht veel meer kanten op kan. Het effect zoals hier beschreven, geldt ook voor watermoleculen. Ook die laten meer lage lichtfrequenties door dan hoge, en daarbij wordt het blauwe licht weer teruggekaatst.

Heeft u ook een vraag die u graag beantwoord ziet? Stel die dan in de comments, of vraag het ons op Twitter. U kunt ook een mail sturen naar tijs@scientias.nl.