„Szürke haja lebben az égen, kékítőt old az ég vizében.”

A kérdést valószínűleg a nagyszüleink is ugyanúgy feltették maguknak, mint ahogy unokáink is felteszik majd és a válasz ugyanaz. A kalendárium jellegű ismeretterjesztés mégsem fölösleges, mivel fizika oktatás ide, vagy oda, a választ akkor se, most se tudják sokan. Hogy a jövőben mi lesz, nem tudjuk, de az oktatási trendeket látva jobb, ha inkább most is elmagyarázzuk a választ.

A rejtély sokaknak izgatta a fantáziáját, ahogy Leonardo da Vincinek is, aki még azt gondolta, hogy a színt a levegőben lebegő, a fényt magukba záró páracseppek okozzák. Newton már tovább jutott a megfejtésben, amikor kiderítette, hogy a kék szín kialakulásában a Napból érkező fény légköri elnyelődésének van fontos szerepe. Voltaképp a helyes választ a tudomány csak 1871-ben találta meg, amikor John William Strutt, ismertebb nevén Lord Rayleigh adta meg a jelenség ma is érvényes magyarázatát. Ő jött rá, hogy a Földet érő fehér fény a légkör molekuláin szétszóródik, de a végső bizonyító erejű számításokat Einstein végezte el egy 1911-es dolgozatában.

Valójában a Nap fénye több színből áll, ezek keveréke a fehér szín. A fehér fényt hét különböző hullámhosszúságú szín alkotja, a vörös, a sárga, a zöld, a kék, az indigó és az ibolya. A napfényt prizmák segítségével lehet színekre bontani. Amit mi a tárgyak színének nevezünk, az valójában a róluk visszavert hullámhosszúságú fény.

Lehet, hogy sokaknak csalódás, de az égnek nincs saját színe. Amikor a napfény áthalad a légkörön, azt a levegő sok millió részecskéje szétszórja.

A légkör is úgy viselkedik, mint egy prizma: szétszórja a fény színeit. Mivel a kék fény rövidebb, kisebb hullámokban érkezik, az efféle fény sokkal jobban szóródik a kisebb gázmolekulákon.

Képzeljük el, mintha az ég egy tükör lenne, amiből csak a kék fénysugarak tükröződnek vissza a szemünkbe. Az ég tehát azért látszik kéknek, mivel ez a fény jut el leginkább a szemünkig.

Ha csak a hullámhossz döntene, a még rövidebb ibolya fénynek kéne a legjobban szóródnia, így az ég lilás lenne, de ezt a színt egyrészt sokkal mohóbban nyeli el a légkör felső tartománya, másrészt a légkörben sok, a levegő gázmolekuláinál nagyobb molekulájú szennyeződés is található, ezek miatt pedig inkább a valamivel nagyobb hullámhosszúságú kék fény lesz a szóródásban a nyerő. Szemünk ráadásul anatómiai okokból érzékenyebb a kék fényre, mint az ibolyára, ez szintén növeli az ég látszólagos kékségét.

Optikai magyarázata van a vöröslő égalja alkonyati színének is. Míg délben a Nap az égbolt tetejéről, a légkörön keresztül rövidebb utat megtéve süt ránk, este már a horizontról világít, így fénye rézsútosan éri el a felszínt. Ilyenkor vastagabb levegőrétegen kell keresztül jutnia, eközben a rövidebb hullámhosszak szinte teljesen elnyelődnek, s megnő a spektrum nagyobb hullámhosszú és kevésbé szóródó színeinek tartománya. A megmaradt zöld, sárga és narancsszínű sugarak keverékeként pedig vörös színt látunk.

Az égbolt légkör nélkül fekete lenne, csak a Nap és a csillagok fehér fénye látszana. A repülőgép utasai is megfigyelhetik, hogyan változik át emelkedéskor a szóródást létrehozó gázréteg vékonyodásával az ég világoskék színe egy mélykék, fényszegényebb árnyalatba, s ha űrhajósok lennénk, felszállás közben lehetőségünk lenne rá, hogy megfigyeljük, hogyan változik át fokozatosan az ég színe koromfeketébe.

Aki pedig ennek igazán örült volna, Leonardo da Vinci, hiszen egy Alpokban tett kirándulása során már mintegy ötszáz éve megfigyelte, hogy, minél magasabbra ment, annál sötétebb kék lett az égbolt színe.