Himlen borde vara lila, men ditt öga lurar dig

Solljuset är inte gult

Du ser solen som gul, eller kanske vit. Men solljuset innehåller egentligen alla färger på en gång, från djupviolett till mörkrött. Det är ett blandat ljus, ungefär som om du blandade alla färgpennor och fick vitt.

När det ljuset når jordens atmosfär händer något. Luften är inte tom. Den fylls av kväve- och syremolekyler, miljarder av dem, och de reagerar på ljus på ett mycket specifikt sätt.

Kortare vågor studsar mer

Fysikern Lord Rayleigh beskrev på 1870-talet hur ljus beter sig när det träffar små partiklar. Hans slutsats var enkel men häpnadsväckande: ju kortare våglängd ljuset har, desto mer sprids det.

Ljus är en våg. Rött ljus har långa vågor, runt 700 nanometer. Blått ljus har kortare, runt 450 nanometer. Violett är ännu kortare, runt 400 nanometer. En nanometer är en miljarddels meter.

Sambandet kallas Rayleigh-spridning, och det säger att spridningen ökar med fjärde potensen av kortare våglängd. Det låter tekniskt, men innebörden är dramatisk: blått ljus sprids nästan tio gånger mer än rött. Violett sprids ännu mer än blått.

Så när solljuset kommer in i atmosfären studsar de korta vågorna åt alla håll, om och om igen, medan de långa röda vågorna fortsätter mer eller mindre rakt fram.

Det du ser när du tittar upp

När du tittar upp mot himlen ser du inte solen direkt. Du ser det ljus som studsat runt bland luftmolekylerna och tagit sig in i ditt öga från alla möjliga vinklar. Det ljuset domineras av de korta våglängderna, de som spridits mest.

Och de korta våglängderna är blå och violetta.

Därför är himlen blå. Eller rättare sagt, därför borde den vara violett.

Ditt öga lurar dig

Här kommer det intressanta. Fysiken stämmer, men slutsatsen stämmer inte riktigt. Atmosfären sprider faktiskt mer violett ljus än blått. Om du hade ett instrument som mätte ljusvågor exakt skulle det se mer violett än blått i det ljus som kommer från himlen.

Ändå ser vi blått.

Det finns två anledningar. Den första handlar om solen: solens spektrum innehåller faktiskt mer blå fotoner än violetta från början, så det finns mer blå att sprida.

Den andra anledningen är mer personlig. Tre typer av tappar sitter i din näthinna, celler som känner av färg. De reagerar på rött, grönt och blått ljus. Dina ögon är inte byggda för att känna violett separat. Istället uppfattar du violett som en svag kombination av rött och blått, vilket ger ett intryck av blå, kanske med en svagt lila ton.

Därför registrerar din hjärna himlen som blå, inte violett, trots att violett ljus faktiskt dominerar fysikaliskt.

Varför solnedgången är röd

Samma fenomen förklarar kvällshimlen. När solen är låg på himlen måste ljuset ta sig igenom ett mycket tjockare lager av atmosfär för att nå dig. Under den färden sprids blått och violett bort, åt sidorna, ut ur din synlinje.

Kvar blir de långa vågorna, rött och orange, som klarar sig bättre genom tjocka luftlager. Det är inte en annan process, det är samma Rayleigh-spridning, men driven till sin yttersta konsekvens.

En molnig himmel är grå av en annan anledning. Vattendroppar i moln är mycket större än luftmolekyler. Stora partiklar sprider alla våglängder ungefär lika mycket, och blandat ljus upplevs som vitt eller grått.

Mer än bara en färg

Det finns ett djupare perspektiv här. Det du ser som en given, självklar sak, en blå himmel, är i verkligheten resultatet av tre separata faktorer som råkar samverka: atmosfärens sammansättning, solens spektrum och dina ögons biologi.

Ändra något av dem och himlen hade sett annorlunda ut. Biet, som kan se ultraviolett ljus, upplever troligen en himmel i en färg du inte ens har ett namn för.