|
| |
| |
| |
Waarom is de hemel blauw?
De zonderlinge vormen waaronder de natuur, die ons omringt, zich soms voordoet, wekken enkel onze aandacht op, en wij denken er niet aan, de uitlegging van de dagelijks zichtbare verschijnselen te zoeken. Velen meenen dat de veranderlijkheid der schouwspelen die wij in de natuur bewonderen, aan het toeval te wijten zijn. Toeval is slechts een woord door den mensch uitgevonden om zijnen hoogmoed te voldoen en zijne onwetendheid niet te moeten bekennen.
Doch zij die voor hetgeen hen omringt, niet onverschillig blijven, zullen zich met zulke uitvluchten niet tevreden stellen, en eene verklaring eischen.
Onder de meest gewone verschijnselen rangschikt zich voorzeker de blauwe kleur van het hemelgewelf.
Hoe dikwijls zien wij bij prachtige zomerdagen den blauwen, wolkeloozen hemel zich boven de zonnige landschappen uitstrekken, en hoe helder wordt dat blauw gedurende de koude, droge winterdagen, als de met sneeuw bedekte aarde hard bevroren is.
Het schijnt ons zoo klaarblijkelijk dat bij schoon weder de hemel blauw moet zijn, dat wij er zelden toekomen ons af te vragen waarom hij eigenlijk blauw is.
Bij nader onderzoek zouden wij spoedig bemerken, dat die kleur niet altijd en niet overal dezelfde is, en dat zij van het donker blauw trapsgewijze tot het wit kan overgaan.
Onze waarnemingen zouden ons doen besluiten dat het blauw van den hemel des te prachtiger is, naarmate de lucht minder stof, damp of waterdruppeljes bevat d.i. dat zij minder troebel is.
| |
| |
's Zomers, als het zeer warm is, en rond het middaguur de verdamping de lucht bevochtigt, gebeurt het dikwijls dat het helder blauw van den hemel dat aan het zenith zoo prachtig is, aan den gezichteinder tot wit overgaat.
In 't algemeen heeft men bemerkt dat het hemelsblauw blauwer is in de warme zuidelijke gewesten dan in de koude noorderlanden. Die blauwe kleur schijnt ook sterker op de hooge bergtoppen dan in de valleien, en in het binnenland dan op de kusten der zee.
Waarom is de hemel blauw? Het antwoord is niet zoo eenvoudig als de vraag.
Men zou kunnen beweren dat de hemel blauw schijnt omdat inderdaad de lucht blauw is, d.i. omdat de lucht een lichaam is dat de blauwe stralen doorlaat en al de andere opslorpt.
Doch die uitlegging die voorzeker de eenvoudigste zou zijn, kan niet lang verdedigd worden. Want, indien de lucht eigenlijk een blauw lichaam ware, dan zouden, daar zij doorschijnend is, de andere hemellichamen, dóór de lucht gezien, ons blauw moeten voorkomen, hetgeen voor zon, maan en sterren het geval niet is. Indien de sterren blauw schijnen, is dat slechts, omdat de fonkeling ons niet toelaat zonder toestel de verscheidene kleuren waar te nemen: voor andere is de schijnbare kleur zichtbaar, zooals voor de planeet Mars wier roode tint aan iedereen bekend is.
Chapuis had beweerd dat de blauwe kleur van den hemel aan de aanwezigheid van ozon toe te schrijven was. Ozon is een bijzondere vorm van zuurstof, onder den invloed der electrische ontladingen der onweerswolken teweeggebracht, en vormt dus in geringe hoeveelheid een der bestanddeelen van de lucht.
Chapuis toonde dat ozon, onder groote dikte gezien, blauw schijnt. Doch eenige proefnemingen door Thierry in
| |
| |
den herfst van 1896 gedaan, leeren ons in welke geringe hoeveelheid dat gas zich in de lucht bevindt.
In 100 kubieke centimer lucht vond hij 2.3 à 2.4 milligram ozon te Montsouris. Te Chamounix op eene hoogte van 1050 m. vond hij er 3.5 à 3.9 en op de Grands Mulets (3020 m.) steeg de hoeveelheid tot 9.4. Het is dus onmogelijk dat die geringe hoeveelheid van een gas den hemel die ons omringt, soms zoo sterk kleure.
Dikwijls heeft men de vraag yan de hemelskleur trachten op te lossen door het aanhalen der eigenschappen van hetgeen men een troebel midden noemt. Een troebel midden is eene ruimte die een aantal zeer kleine deeltjes bevat, deeltjes welke aan lichamen behooren die eene andere dichtheid en een ander brekingsvermogen dan de zelfstandigheid van het midden hebben.
Die deeltjes zijn niet zichtbaar en veranderen de doorzichtigheid van het midden bijna niet.
De lucht is dus ook een troebel midden, want zij bevat talrijke stofkorreltjes en waterdeeltjes die hoegenaamd voor het oog niet zichtbaar zijn.
Ontzaglijk groote hoeveelheden stofkorreltjes zijn soms in de lucht aanwezig; zelfs op de zeekusten telt men er duizenden in eenen kubieken centimeter.
Te Edimburg bij overtrokken weder vond men er 250.000 in dezelfde ruimte. Op den Eifeltoren, op den Ben Nevis in Schotland, op den Rigi in Zwitserland werden, wanneer de wind niet uit het dal woei, honderden stofkorreltjes per kubieken centimeter waargenomen. Die hoeveelheid steeg tot duizenden toen de wind uit het dal kwam.
Een troebel midden vóór een helder midden komt voor ons oog, geel, oranje of rood voor, voor een duister midden schijnt het blauw.
In zijn ‘Trattato della pittura’ had Leonardo da Vinci reeds die uitlegging van het blauw des hemels gegeven,
| |
| |
zeggende, dat de door de zon verlichtte hemel vóór de duistere ruimte van het oneindige blauw moest schijnen. Tot steun van zijne uitlegging gaf hij het voorbeeld der bergen. De sombere bergenmassa, zeide hij, doet ons de vóór haar zwevende lucht blauw toeschijnen, zoodat de bergen zelf, in de verte eene blauwachtige tint aannemen.
Goethe had die gedachte op eigene manier in zijn ‘Entwurf einer Farbenlehre’ ontwikkeld en had er zelfs bijgevoegd, dat het verlichte troebel midden vóór de duisternis des te blauwer schijnt naarmate het minder troebel is.
Eene andere uitlegging waarvan de hoofdgedachte slechts zeer weinig van de vorige verschilt, is de volgende. 's Winters, als de zon reeds zeer laag gedaald is, en de sneeuw die den grond bedekt, met hare schuine stralen op zekere plaatsen verlicht, schijnen de niet verlichte sneeuwvlekken blauw. Volgens Muncke zou het verschijnsel aan een verschil van weerkaatsing der lichtstralen toe te schrijven zijn.
De uitlegging van dat verschijnsel diende ook voor de blauwe hemelskleur.
Om de onjuistheid der eerste theorie voor oogen te leggen, behoeven wij slechts te herinneren wat in eene donkere kamer waar men licht langs eene kleine opening inlaat, voorvalt: Op den tegenovergestelden wand teekenen zich al de voorwerpen af die het buiten gelegene landschap uitmaken, den hemel inbegrepen.
Indìen dus de blauwe kleur die ons bezig houdt aan de eigenschappen van een troebel midden toe te schrijven ware, zou de hemel op den wand der donkere kamer moeten wit zijn. Inderdaad het verlichte troebel midden dat den dampkring uitmaakt, zendt slechts witte stralen uit, en de duisternis die er zich achter bevindt zendt er hoegenaamd geene: het zou dus onmogelijk zijn dat de hemel zich in de donkere kamer blauw vertoone.
| |
| |
Nichols heeft eene andere uitlegging gegeven, op het zenuwstelsel van het oog berustend. De vezels zijn ingericht voor het opnemen van drie kleuren: rood, groen en violet. De kleur, die ieder voorwerp weerkaatst, doet die vezels ongelijk werken en de resulteerende werking der zenuwen, doet ons eene of andere kleur zien. De voor violet gevoelige vezels, worden vooral door zwak licht in werking gebracht, terwijl de andere daarbij bijna bewusteloos blijven. Die zenuwachtige werking geeft ons, door tusschenkomst der hersenen, het zichtsgevoel van eene blauwe kleur, die des te blauwer zal zijn, naarmate het licht zwakker is. Dit zou ons kunnen verklaren waarom de hemel, 's avonds naar het westen uit eene verlichte kamer gezien, zoo donker blauw schijnt. Is dan niet het buitenlicht zeer zwak, vooral in het westen?
Doch de uitlegging zou moeilijk op 't middaguur kunnen toegepast worden, want niemand zou durven beweren, dat alsdan het licht zwak genoeg is om tot het zichtsgevoel van donkerblauw aanleiding te kunnen geven.
Door waarnemingen en proefnemingen is men verzekerd dat de lucht blauwe stralen weerkaatst en de roode doorlaat. Dit beteekent in andere woorden dat de kleine deeltjes die in de lucht zweven vooral de breekbaarste stralen die het witte licht vormen terugzenden. Men weet dat de breekbaarste stralen diegene zijn die de kleinste golvenlengte hebben, het zijn dus vooral de blauwe.
Doch dit is geene verklaring van het bestaan van het hemelsblauw, de vraag is slechts van vorm veranderd en komt hierop uit: waarom weerkaatst de lucht de kortgolvige stralen, dus de blauwe, en laat zij de andere door.
Newton heeft daarvan eene uitlegging meenen te geven.
De vochtigheid die in de lucht zweeft, en een begin van afkoeling ondergaat, zeide hij, neemt den vorm van druppeltjes aan. Die druppeltjes weerkaatsen het licht naar
| |
| |
buiten en naar binnen, zoodat de weerkaatste lichtstralen met elkander moeten interfereeren.
Daar de waterdruppeltjes uiterst klein zijn, zijn het de kortgolvige stralen die de resulteerende kleur, d.i. blauw, uitmaken.
Herinneren wij hier de welbekende proefneming der ‘ringen van Newton’. Indien men eene lens met grooten krommingstraal op een vlak glas legt en daarop het licht laat vallen, zal het oog bij het ontvangen van het weerkaatste licht, een aantal gekleurde ringen rond het middelpunt der lens bespeuren.
Daar tusschen lens en glas het licht eene reeks weerkaatsingen ondergaat, interfereeren die lichtstralen met elkander, zoodat het ontstaan der ringen een interferent verschijnsel is; de kortgolvige stralen, de blauwe, welke ook de breekbaarste zijn, komen dan bij het middelpunt der lens, waar de luchtlaag tusschens lens en glas zeer dun is, te voorschijn.
Hieruit moet men besluiten dat, indien hetzelfde verschijnsel de oorzaak is van het bestaan van het hemelsblauw, door tusschenkomst van licht en waterdruppeltjes, deze laatste zeer klein moeten zijn.
Doch Clausius meende te bewijzen dat de waterdamp niet als druppeltjes maar als blaasjes in de lucht zweeft. Hadley, de Saussure, Kratsenstein hadden reeds daarvan bewijzen trachten te geven.
Zij zeiden namelijk dat de holle waterblaasjes die nevel en wolken vormen, in het zonnelicht niet fonkelen, zooals de volle waterdruppeltjes.
Zij steunden ook hierop dat, volgens hen, men nooit eenen regenboog op eene echte wolk kon waarnemen. Kratsenstein toonde dat men op de waterblaasjes die voor de zon zweven, ringen van Newton terugvond gelijk op de holle zeepbellen.
| |
| |
Wat Clausius betreft, zich van de slechts onlangs geborene golventheorie bedienend, beweerde hij dat indien de waterwand van het blaasje eene dikte van 0.0001 mM had, het door dit blaasje weerkaatste licht blauw moest zijn.
Vele nieuwere waarnemingen toonden ongelukkig dat men aan de holte der druppeltjes sterk mocht twijfelen. Newton's theorie scheen de bovenhand te hebben.
Doch Brücke, die zich eenen grooten naam verwierf door zijne opzoekingen omtrent de verschijnselen in een troebel midden, ontwaarde dat, indien de deeltjes die een midden troebel maken, zoo klein worden dat hunne aanwezigheid door den mikroscoop niet kan bewezen worden, de kleuren die in dat midden verschijnen in reinheid en schoonheid toenemen. Maar hij voegde er bij, dat in die omstandigheden de breking en de weerkaatsing der lichtstralen in den gewonen zin niet meer konden opgenomen worden, en dat het onmogelijk was door de bekende wetten dier verschijnselen het voortbrengen der kleuren uit te leggen.
Dit vernietigde de theorie van Newton en Clausius, voor welke de waterblaasjes- of druppeltjes zoo klein zouden zijn, dat zij door den mikroscoop onzichtbaar worden. Die grootte leert Kaemtz ons in zijn Lehrbuch der Meteorologie kennen. Zij verschilt in den loop van het jaar. Ziehier de waarden der diameter die Kaemtz aanhaalt; de eenheid is de mM: Januari 0.02752, Februari 0.03498, Maart 0.01997, April 0.01917, Mei 0.01560, Juni 0.01798, Juli 0.01695, Augustus 0.01402, September 0.02244, October 0.02039, November 0.02454, December 0.03490. Zoo men ziet zijn die diameters alles behalve microskopisch.
Voegen wij er bij dat de Heer Assmann op den Brocken nieuwere proefnemingen deed, waarbij voor de grootte der neveldruppeltjes 0.0059 tot 0.0169 mM diameter gevonden werd.
Eene nieuwere en tot nu toe onherleide uitlegging van het hemelsblauw gaf Lord Rayleigh in 1871.
| |
| |
Overal wordt onze dampkring, waar geene noodzakelijke schaduw heerscht, door zonnestralen verlicht. Lichtstralen, warmtestralen, verplaatsen zich volgens eene golvende beweging door hare snelheid, en hare golvenlengte gekenmerkt. In eene gelijkvormige rustige atmospheer zouden de golven zich ongehinderd uitbreiden en de beweging onveranderlijk zich voortzetten. Doch de luchtruimte die ons omgeeft, is een troebel midden, hebben wij reeds gezegd; zij bevat zeer kleine stof- en waterdeeltjes.
Door de aanwezigheid dier deeltjes ontstaat in de golvende bewegingen een storing; anders gezeid, de beweging die het voortspreiden van een warmte- of lichtstraal kenmerkt, wordt in hare voortzetting gehinderd. Die hindernis geeft aanleiding tot nieuwe bewegingen.
Ieder deeltje wordt het middelpunt van nieuwe golven die naar alle kanten uitstralen. Het karakter dier nieuwe bewegingen hangt vooral af van de grootte der deeltjes waaruit de beweging voortkomt, en van de golvenlengte der stralen.
Door wiskundige berekeningen over de golvenbewegingen kan men bewijzen dat de intensiteit van het uit het nieuw centrum stralende licht, in omgekeerde evenredigheid staat tot de vierde macht van de golvenlengte.
Dus hoe grooter de golvenlengte van eenen aankomenden lichtstraal is, hoe flauwer het op die bijzondere wijze weerkaatste licht zal zijn. Integendeel, indien het op het deeltje terecht komende licht eene korte golvenlengte heeft, dan zal de intensiteit van het uitstralende licht grooter zijn.
Wanneer stralen van verscheidene golvenlengten samen weerkaatst worden, zullen de stralen van groote lengte bijna alleen zichtbaar zijn.
Het witte licht, dat hoofdzakelijk uit zeven verscheidene soorten van lichtstralen bestaat, zal dus aanleiding geven tot weerkaatst licht, dat niet meer wit zal schijnen. Inderdaad onder de lichtstralen die het witte licht vormen, hebben de
| |
| |
roode, oranje en gele stralen de langste, de blauwe en en purpere de kortste golvenlengten.
Het weerkaatste licht, naar hetgeen wij hierboven uitlegden, zal dus vooral puper en blauw zijn. Daar zeker iets, maar zeer weinig, in het weerkaatste licht, van de andere stralen overblijft, maar de blauwe kleur de andere beheerscht, is de resulteerende kleur het blauw.
De grootte dier deeltjes, die dus de voornaamste rol in de kleur van den hemel spelen, is volgens lord Rayleigh gemiddeld van 0.00035 mM.
Men ziet hierdoor hoeverre wij er af zijn de grootte der waterdruppeltjes der theorie van Newton te bereiken. Wanneer de dampkring met dergelijke waterdeeltjes gevuld is, dan grijpen breking en weerkaatsing volgens de gewone regelen plaats; het weerkaatste licht is dus wit in de verlichte deelen, grauw in de beschaduwde; daarin ligt de uitlegging van de witte en grijze wolkenkleur.
A. Bracke.
|
|
Gedeeltelijk auteursrechtelijk beschermd