De ce e cerul albastru, de ce e marea albastră și de ce aproape nimic altceva nu este

IAer

De ce e cerul albastru?#

Lumina Soarelui ajunge albă: toate culorile deodată, de la violetul de pe la 400 de nanometri până la roșul de pe la 700. Spectrul din colț arată lumina cerului de deasupra capului.

Aerul aruncă albastrul în toate părțile#

Moleculele aerului sunt de vreo mie de ori mai mici decât o undă de lumină. Ele împrăștie undele scurte mult mai puternic decât pe cele lungi, invers proporțional cu puterea a patra a lungimii de undă.

Albastrul de 440 nm e împrăștiat de atâtea ori mai puternic decât roșul de 680 nm. Legea a stabilit-o John William Strutt, viitorul Lord Rayleigh, în 1871.

De ce nu e cerul violet?#

Oriunde te uiți în afară de Soare, lumina care ajunge la tine a fost deviată în drumul ei prin aer, iar cea mai mare parte vine din capătul scurt al spectrului. Violetul se împrăștie și mai mult, dar lumina Soarelui are mai puțin violet, iar ochiul îl vede slab. Amestecul pare albastru.

De ce e apusul portocaliu?#

Când Soarele coboară, lumina lui străbate tot mai mult aer. Cu Soarele la orizont, raza străbate de vreo 35 de ori mai mult aer decât atunci când Soarele e drept deasupra capului. Pe drum, aproape tot albastrul e împrăștiat în lături. Ce rămâne din Soare e portocaliu.

De ce rămâne cerul albastru după apus?#

După ce Soarele trece sub orizont, lumina care ajunge pe cerul de deasupra a parcurs un drum lung, razant, prin partea de sus a atmosferei, prin stratul de ozon, aflat mai ales între 15 și 35 de kilometri. Ozonul absoarbe portocaliul și galbenul: pe la 600 nm, o moleculă de ozon absoarbe de vreo 32 de ori mai multă lumină decât la 440 nm. În 1953, fizicianul E. O. Hulburt a arătat că de aici vine albastrul cerului de după apus. Fără ozon, cerul ar fi gălbui.

Cerul de amurg, pentru orice loc și orice seară: După apus, cerul e albastru din alt motiv.

Pe Marte, invers#

Aerul marțian e rarefiat și plin de praf fin, care face cerul de zi gălbui-maroniu. La apus, praful împrăștie lumina albastră înainte, aproape în direcția Soarelui, așa că strălucirea din jurul Soarelui care apune e albastră. Roverul Curiosity al NASA a fotografiat un astfel de apus în craterul Gale, în 2015.

Cerul marțian de pe ecran e pictat, nu calculat.

IIApă

De ce e marea albastră?#

Acum, sub apă. Apa face ceva ce aerul aproape nu face: absoarbe lumina și începe cu roșul. Legăturile din fiecare moleculă de apă vibrează și înghit undele cele mai lungi. Într-un pahar efectul nu se vede; după câțiva metri de apă, se vede.

Culorile vin din spectrul de absorbție al apei pure măsurat de Robin Pope și Edward Fry (1997). Adâncime: 0 m

Roșul dispare primul#

Pe la 7 metri, 99% din lumina roșie de 700 nm a fost absorbită. Un pește roșu pare cenușiu aici. Scafandrii coboară cu lanterne ca să vadă culori pe care lumina zilei nu le mai dezvăluie.

Apoi portocaliul, galbenul, verdele#

În apă pură, lumina portocalie de 600 nm scade la 1% pe la 21 de metri, galbenul pe la 51 de metri, verdele pe la 80 de metri. Spectrul din colț își pierde culorile de la dreapta spre stânga.

Ce culoare are marea cea mai adâncă?#

Ce rămâne e albastrul, apoi violetul. Apa pură lasă să treacă cel mai bine lumina de pe la 420 nm: socotind doar ce absoarbe apa pură, 1% din ea ar ajunge până pe la 1.010 de metri. Chiar și cea mai limpede apă naturală cunoscută, în Pacificul de Sud, absoarbe acolo de vreo două ori mai mult, așa că lumina ei se stinge mult mai devreme, dar culoarea rămâne albastru-violet. În cea mai mare parte a mării, planctonul și particulele iau mai multă lumină: potrivit NOAA, lumina semnificativă nu trece de vreo 200 de metri.

De aici în jos, ecranul se întunecă precum oceanul real; nuanța rămâne cea a apei pure.

Sub 1.000 de metri#

Sub 1.000 de metri nu mai ajunge deloc lumină de la Soare. Întunericul nu e gol: majoritatea animalelor marine care produc lumină emit lumină albastră sau albastru-verzuie, culorile care merg cel mai departe prin apă.

Peștele cu lanternă roșie#

Câțiva pești-dragon încalcă regula. Malacosteus, numit în engleză „stoplight loosejaw”, aprinde o lumină roșie pe care cele mai multe animale din adânc nu o văd și detectează reflexiile cu un pigment derivat din clorofilă, pe care probabil îl ia din hrană. Un far într-o lume care vede mai ales albastru.

IIIViață

De ce sunt atât de puține animale albastre?#

Când cauți albastrul în lumea vie, găsești mai ales structuri. Roșul, galbenul și maroul vin din pigmenți. Pigmenții albaștri sunt atât de rari la animale încât puținele cazuri cunoscute sunt bine studiate. Cea mai mare parte a albastrului de la animale e construită, nu vopsită.

O aripă care anulează culori#

Solzii fluturelui Morpho au creste formate din straturi subțiri de chitină și aer, la vreo două sute de nanometri unul de altul. Lumina reflectată de fiecare strat se adună pentru o bandă de lungimi de undă și se anulează pentru restul. Distanța dintre straturi hotărăște ce culoare rămâne.

Pe ecran: 8 straturi de chitină de câte 70 nm, cu spații de 215 nm între ele; stiva reflectă cel mai puternic la 648 nm.

Aceeași interferență colorează un balon de săpun: Ultima culoare a unui balon de săpun.

Alte spații, altă culoare#

Dacă uzi o aripă de Morpho cu alcool, alcoolul umple golurile de aer. Lumina încetinește și în alcool, iar stiva reflectă o lungime de undă mai mare, așa că aripa devine verde. Când alcoolul se usucă, albastrul revine. În modelul de pe ecran, etanolul mută vârful de la 468 la 547 nm.

Pana zdrobită își pierde albastrul#

Pana gaiței albastre funcționează pe același principiu, cu un burete de cheratină și aer. Dacă o macini, structura se strică, iar ce rămâne pare cenușiu-maroniu, culoarea melaninei de dedesubt. Pe ecran, straturile sunt amestecate, iar reflexia se întinde peste toate culorile.

Cerul dintr-un ochi#

Ochii albaștri nu conțin pigment albastru. Partea din față a irisului are foarte puțină melanină, iar țesutul lui împrăștie undele scurte înapoi: fizica cerului, la scara câtorva milimetri. Irisul de pe ecran e colorat cu cerul de amiază din primul capitol.

IVCuvinte

Când au început oamenii să numească albastrul?#

Marea lui Homer e oínops póntos, „marea ca vinul”. În 1858, William Gladstone, viitor prim-ministru britanic, a trecut prin Iliada și Odiseea cuvânt cu cuvânt și n-a găsit un cuvânt simplu pentru albastru. Cel mai apropiat, kyáneos, înseamnă adesea doar „întunecat”.

Albastrul vine târziu#

În 1969, antropologii Brent Berlin și Paul Kay au comparat 98 de limbi, dintre care 20 testate cu vorbitori, și au propus o ordine. Orice limbă are cuvinte pentru întuneric și lumină. Al treilea cuvânt pentru o culoare e roșul. Urmează verdele și galbenul, abia apoi un cuvânt separat pentru albastru. Multe limbi folosesc și azi un singur cuvânt pentru verde și albastru: în World Color Survey, 64 dintre cele 110 de limbi folosesc același cuvânt pentru verdele tipic și albastrul tipic.

Unde trage fiecare limbă linia: Unde se termină albastrul.

Două albastre#

Limbile taie albastrul în locuri diferite. Rusa are două cuvinte de bază: siniy, pentru albastrul închis, și goluboy, pentru cel deschis. Într-un experiment din 2007, vorbitorii de rusă deosebeau mai repede două nuanțe când una era siniy și cealaltă goluboy. Vorbitorii de engleză, care au un singur cuvânt, nu aveau acest avantaj.

Un semafor verde numit albastru#

Cuvântul japonez ao a acoperit multă vreme și verdele, și albastrul. În Japonia, lumina verde a semaforului se numește și azi ao. Din 1973, semafoarele noi folosesc un verde mai albăstrui, mai apropiat de sensul cuvântului.

VPiatră

De unde vine pigmentul albastru?#

Dacă albastrul apare rar în natură, oamenii au trebuit să-l producă. Pe la 2600 î.Hr., meșterii egipteni încălzeau în mod obișnuit nisip, cupru și var ca să obțină albastrul egiptean, considerat cel mai vechi pigment sintetic. Cele mai vechi urme ale lui au vreo 5.200 de ani.

În lumină roșie, el strălucește în infraroșu. Așa găsesc restauratorii urmele lui pe statui antice care par fără culoare.

De dincolo de mare#

Ultramarinul venea dintr-o singură piatră, lapis lazuli, scoasă din munții Badakhshan, în Afganistan. Numele înseamnă „de dincolo de mare”. În Italia Renașterii putea costa mai mult decât aurul, iar contractele pictorilor cereau anume ultramarin pentru mantia Fecioarei.

Un accident la Berlin#

Pe la 1706, la Berlin, fabricantul de culori Johann Jacob Diesbach pregătea un pigment roșu folosind potasă contaminată cu ulei animal, dar a obținut un albastru închis. Albastrul de Prusia era ieftin și a ajuns până în Japonia. Pe la 1831, Hokusai l-a folosit la tipărirea Marelui val. Albastrul de cobalt a apărut în 1802.

Aur făcut din sodă#

În 1824, o societate franceză a oferit un premiu pentru ultramarinul artificial. Jean-Baptiste Guimet l-a obținut în 1826 și a primit premiul în 1828. Piatra care costa mai mult decât aurul a devenit un produs industrial.

Un albastru într-un plic sigilat#

În 1960, artistul Yves Klein a depus formula albastrului său, International Klein Blue, la oficiul francez de brevete, într-un plic sigilat și datat. Nu era un brevet. Secretul era un liant care lasă ultramarinul la fel de mat și catifelat ca pulberea.

Cel mai nou albastru#

În 2009, un laborator al Universității de Stat din Oregon, care căuta materiale pentru electronică, a încălzit oxizi de ytriu, indiu și mangan și a scos din cuptor un albastru intens. Cei care l-au descoperit l-au descris drept primul pigment albastru anorganic nou după circa două secole.

Culorile pigmenților de pe ecran sunt aproximări, nu măsurători.

VILumină

De ce a fost atât de greu de făcut LED-ul albastru?#

Primele LED-uri roșii au apărut în 1962. Au urmat cele galbene și verzi. Albastrul nu venea. Nitrura de galiu, cristalul necesar, era aproape imposibil de crescut în condiții bune, iar timp de trei decenii cele mai multe laboratoare au renunțat.

Trei decenii mai târziu#

Isamu Akasaki și Hiroshi Amano, la Nagoya, și Shuji Nakamura, la o mică firmă chimică numită Nichia, au reușit pe la 1990. LED-urile albastre puternice au intrat în vânzare în 1993. Cei trei au primit Premiul Nobel pentru fizică în 2014.

Albul e albastru sub o haină galbenă#

În becuri și în iluminarea din spate a ecranelor, cea mai mare parte a luminii albe de la LED-uri vine de la un LED albastru acoperit cu fosfor galben. Spectrul din colț o arată: un vârf ascuțit în albastru, apoi o cocoașă largă. O mare parte din lumina albă din jurul tău a pornit ca lumină albastră.

VIIDeparte

De ce e Pământul un punct albastru?#

La 14 februarie 1990, Voyager 1 se afla la vreo șase miliarde de kilometri de casă. La insistențele lui Carl Sagan, sonda și-a întors camera spre Soare și planetele lui.

Un punct albastru pal#

Pământul a apărut ca un singur punct de lumină, cam 0,12 dintr-un pixel, prins într-o dâră de lumină solară împrăștiată.

Albastru, din motivele din această poveste#

Aerul aruncă lumina albastră în toate părțile. Apa păstrează albastrul cel mai mult. De la o distanță destul de mare, asta e tot ce rămâne din locul unde s-a întâmplat totul.