Přímé sluneční záření je v zemské atmosféře zeslabovámo rozptylem a absorbcí (pohlcováním). Pokud jde o rozptyl, povšimneme si jeho dvou základních typů, a to rozptylu na molekulách vzduchu (molekulárního rozptylu) a na větších částicích přítomných v atmosféře (na vodních kapičkách, ledových krystalcích, různých prachových částicích atd.).

Molekulární rozptyl studoval teoreticky i experimentálně anglický fyzik lord Rayleigh.

Účinnost molekulárního rozptylu i (tzv. Rayleighova rozptylu) je úměrná čtvrté mocnině převrácené hodnoty vlnové délky l rozptylovaného záření, tj.

,    (1.6.1)

a z toho důvodu jsou v rozptýleném slunečním záření nejvíce zastoupeny krátké vlnové délky příslušející v oblasti viditelné části slunečního spektra především fialové a modré barvě.

Více se tedy rozptyluje světlo krátkých vlnových délek.

Zdálo by se, že by obloha měla být fialová. Ale fialová barva je ve slunečním spektru zastoupena daleko méně než modrá (viz. příklad 3 kapitola 2.1.3) a dále na modrou barvu je oko citlivější. Proto je obloha modrá (modrou barvu oblohy lze také zdůvodnit pomocí statistické fyziky (viz. př.2 kapitola 2.1.3).

Obr. 1.6.1 Rozptylová indikatrice slunečního záření [1].
a)  při molekulárním rozptylu,
b)  při rozptylu na relativně velkých aerosolových částicích.

Rozptyl slunečního záření na částicích, jež jsou ve srovnání s molekulami o několik řádů větší, má vzhledem k vlnové délce neutrální charakter, tzn. že různé vlnové délky jsou stejně účinně rozptylovány a rozptýlené světlo má přirozenou bílou barvu. Z těchto skutečností okamžitě vyplývá vysvětlení modré až modrofialové barvy bezoblačné oblohy, působené slunečním zářením rozptýleným především molekulami vzduchu, a bílé barvy Sluncem ozářených oblaků, neboť v tomto případě vnímáme sluneční záření rozptýlené oblačnými kapkami nebo ledovými částicemi. V případě výraznějšího zakalení atmosféry prachem nebo produkty kondenzace vodní páry (drobnými kapičkami, popř. ledovými částečkami) je modrá barva oblohy tlumena a nebeská klenba nabývá bělavého vzhledu. Naproti tomu tmavě modrá až modrofialová barva svědčí o velké průzračnosti vzduchu (bývá vidět vysoko v horách).

Další rozdíl mezi rozptylem slunečního záření na molekulách vzduchu a na větších aerosolových částicích spočívá v odlišném rozdělení účinnosti rozptylu do různých směrů vzhledem ke směru dopadajících přímých slunečních paprsků. Na obr. 1.6.1 a) vidíme prostorový diagram, tzv. rozptylovou indikatrici, kde vodorovná šipka znázorňuje směr dopadajících přímých slunečních paprsků, rozptylující element objemu vzduchu se nalézá v bodě O a zakreslená čárkovaná křivka znázorňuje prostorové rozdělení rozptylu do různých směrů. Z tohoto obrázku je patrné, že molekulární rozptyl má symetrický charakter vzhledem k rovině kolmé ke směru dopadajících paprsků a procházející bodem O, tj. množství záření rozptylovaného do směrů, které se směrem původního paprsku svírají úhel menší než 90o, je stejné jako množství záření rozptýleného do směrů svírajících se směrem tohoto paprsku úhel větší než 90o. Na obr. 1.6.1 a) dále platí |OA| = 2|OB|, tzn., že účinnost rozptylu kolmo na směr paprsků přímého slunečního záření je poloviční ve srovnání s rozptylem přímo do jejich směru nebo do směru přesně opačného. Na obr. 1.6.1 b) je nakreslena typická rozptylová indikatrice příslušející rozptylu slunečního záření na částicích řádově větších než jsou molekuly vzduchu. Jak je patrné, má rozptyl v tomto případě silně asymetrický charakter, většina záření je rozptylována do směrů blízkých směru původních přímých slunečních paprsků. Podrobněji se teorií rozptylu zabývá [1] nebo [25].

Zpracováno na základě literatury [1]

 

Zpět