निळ्याचे जग: आकाश आणि समुद्र निळे का आहे?

नमस्कार

ब्लूच्या जगात आपले स्वागत आहे, जिथे आकाश आपल्याला एक चतुर खेळ दाखवते. जे एक साधे रंग वाटते, ते प्रत्यक्षात विज्ञान आणि संवेदनांची आकर्षक सांगड आहे. आपण कदाचित एक उजळ, स्पष्ट आकाश पाहिले असेल आणि म्हटले असेल, "किती सुंदर निळा रंग आहे," परंतु कधी विचार केला नाही की ब्रह्मांडाने तो विशिष्ट रंग का निवडला. येथे वळण आहे: हे जितके सोपे वाटते तितके सोपे नाही. आकाशाकडे रंगांचा पॅलेट नाही—हे सर्व प्रकाशावर आधारित आहे. आपण पाहता, रंगाची संकल्पना ही आपल्या मेंदूने प्रकाश कसा वागतो यावर आधारित एक भास आहे. तो विशाल, अमर निळा? तो रेइल्ली स्कॅटरिंग नावाच्या गोष्टीमुळे होतो. आणि विश्वास ठेवा, तो फक्त एक सुंदर दृश्य नाही—तो एक ब्रह्मांडीय चतुराई आहे. परंतु काळजी करू नका, हा जादूगाराचा खेळ नाही; हे फक्त भौतिकशास्त्र आहे जे त्याचे सर्वोत्तम कार्य करत आहे. म्हणून, आपल्या सीट बेल्टला बांधून ठेवा, कारण आपण ब्लू रंगाच्या गूढतेचे अनावरण करण्यास सुरवात करत आहोत आणि त्यामागील विज्ञान उलगडणार आहोत.

प्रकाशाचे स्पेक्ट्रम

तर, दृश्यमान प्रकाश—जो प्रकाश आपण आपल्या डोळ्यांनी प्रत्यक्ष पाहतो—तो विद्युतचुंबकीय विकिरणाच्या मोठ्या उत्सवाचा फक्त एक लहान भाग आहे. हे सर्व एक विशाल स्पेक्ट्रम म्हणून कल्पना करा, ज्यामध्ये दृश्यमान भाग फक्त एक अरुंद तुकडा आहे. याला एक इंद्रधनुष्य म्हणून विचार करा, पण खूपच थंड. स्पेक्ट्रम गॅमा किरणांपासून सुरू होते आणि रेडिओ तरंगांपर्यंत पोहोचते. पण आपल्या त्या लहान दृश्यमान तुकड्यावर परत येऊया, जो विविध रंगांनी बनलेला आहे. प्रत्येक रंग प्रकाशाच्या एक विशिष्ट तरंगलांबीशी संबंधित असतो. जांभळा रंगाची तरंगलांबी सर्वात छोटी असते, आणि लाल रंगाची सर्वात लांब असते. यामध्ये निळा रंग आहे, जो महत्त्वाचा आहे कारण तोच रंग आपण आकाशाकडे पाहताना प्रत्यक्षात पाहत असतो. परंतु हे समजा: हे सर्व रंग सतत हवे मध्ये घुमत असतात, जरी आपल्याला ते दिसत नसले तरी. ते फक्त वेगवेगळ्या तरंगलांबीवर थांबलेले असतात. खरं तर, निळा प्रकाश लाल रंगाच्या तुलनेत कमी तरंगलांबीचा असतो. याचा अर्थ, तो सर्व दिशांना अधिक सहजतेने पसरतो, ज्यामुळे आकाश एक मोठं प्रकाश प्रदर्शन बनते, ज्यामध्ये निळा रंग प्रमुख असतो. म्हणून, आता तुमच्याकडे आहे—आमच्या प्रकाशाच्या उत्सवातील अदृश्य पाहुणे पसरत आहेत आणि प्रत्येक गोष्ट थोडं... होय, निळं करत आहेत.

रेइल्ही प्रकीर्णन (Rayleigh Scattering)

चला, त्या एक गोष्टीबद्दल बोलूया जी प्रत्यक्षात आकाशाला निळं बनवते: रेइल्ही प्रकीर्णन. होय, हे ऐकलं तर थोडं भव्य वाटू शकतं, पण प्रत्यक्षात, हे फक्त भौतिकशास्त्राचा एक साधा मार्ग आहे ज्यामुळे निळा रंग आकाशावर सत्ता प्रस्थापित करतो.

तर, हे कसं काम करतं, ते पाहूया: रेइल्ही प्रकीर्णन हे एक घटना आहे जी प्रकाश हवेतील सूक्ष्म कणांवर पडल्यावर होते. समजा, तुम्ही एका पार्टीत आहात जिथे सर्वजण नृत्य करत आहेत, पण काही नर्तक कमी नाचणारे आहेत. शॉर्ट-तरंगलांबीचा प्रकाश, जसा की निळा आणि जांभळा (विशेषतः जांभळा), या सूक्ष्म कणांद्वारे—मुख्यतः नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन अणूंद्वारे—जास्त सहजपणे प्रकीर्णित होतो, दीर्घ-तरंगलांबीच्या लाल किंवा पिवळ्या प्रकाशाच्या तुलनेत.

रेइल्ही प्रकीर्णन हे स्पष्ट करतं की का आकाश दिवसा इतकं निळं दिसतं. जेव्हा सूर्याचा प्रकाश जास्त वातावरणातून प्रवास करतो (उदा. तो आकाशाच्या तळाशी असताना), तेव्हा शॉर्ट तरंगलांबीचे (निळे आणि जांभळे) प्रकीर्णित होऊन जातात, त्यामुळे दीर्घ-तरंगलांबीचे (लाल आणि नारिंगी) रंग वर्चस्व ठेवतात.

आकाश जांभळं का नाही?

तुम्ही विचार करत असाल, “ठीक आहे, भौतिकशास्त्र, समजलो, आकाश निळ आहे, पण थांबा, आकाश जांभळं का नाही? जर जांभळा प्रकाश निळ्या प्रकाशापेक्षा अधिक प्रकीर्णित होतो, तर आकाश नेहमीच जांभळं का नसावं?”

तुम्ही तांत्रिकदृष्ट्या बरोबर आहात. जांभळा प्रकाश निळ्या प्रकाशापेक्षा जास्त प्रकीर्णित होतो. पण येथे एक छोटासा प्रश्न आहे—आपले डोळे जांभळ्याला विशेष महत्त्व देत नाहीत. आपल्या डोळ्यांना काय पाहायला आवडते यावर ते खूप निवडक असतात, आणि जांभळा प्रकाश त्यामध्ये समाविष्ट होत नाही. आपले डोळे निळ्या प्रकाशाकडे जास्त संवेदनशील असतात, त्यामुळे जरी जांभळा प्रकाश अधिक प्रकीर्णित होतो, तरीही आकाश आपल्याला निळं दिसतं.

हे असा विचार करा: तुम्ही एका गजबजलेल्या दुकानात असता जिथे शर्टांच्या शेल्फवर विविध प्रकार आहेत, पण तुम्हाला एक विशिष्ट प्रकार पाहिजे—समजा, चेक्स असलेल्या शर्टचा प्रकार. त्याच्याकडे दुसरा प्रकारही आहे, जसं प्लेन शर्ट, पण काही कारणास्तव तुमचं लक्ष चेक्स असलेल्या शर्टकडे स्वाभाविकपणे आकर्षित होतं. असं नाही की तुम्हाला इतर प्रकार दिसत नाहीत—फक्त तुम्ही त्यावर लक्ष केंद्रित केल्यामुळे ते तुमचं लक्ष कमी वेधून घेतात. त्याचप्रमाणे, असं नाही की जांभळा प्रकाश नाही—फक्त तुमचे डोळे निळ्या प्रकाशाशी अधिक सुसंगत आहेत.

आता आणखी एक विचित्र गोष्ट घडते. काही जांभळा प्रकाश जो प्रकीर्णित होऊन जातो, तो वरच्या वातावरणात शोषला जातो. होय, वातावरण प्रत्यक्षात जांभळा प्रकाश एका स्तरावर फिल्टर करतो, जेणेकरून तो आपल्या रेटिनापर्यंत पोहचू शकत नाही, आणि हे आकाश जांभळ्याऐवजी निळ्याने रंगवलेलं का दिसतं याचं आणखी एक गूढ कारण तयार करते.

शेवटी, हे एक मिश्रण आहे आपल्या डोळ्यांच्या कार्याचे आणि वातावरणाच्या प्रकाशाशी होणाऱ्या संवादाचे, ज्यामुळे आकाश निळं दिसतं, जांभळं नाही.

प्रदूषण आणि आकाश - ते नेहमी निळे का नसते

प्रदूषण फक्त तुमच्या फुफ्फुसांना हानी पोहोचवत नाही—ते आकाशालाही हानी पोहोचवते. जेव्हा आकाश त्याच्या सामान्य निळ्या रंगात दिसत नाही, तेव्हा तुम्ही प्रदूषणाला दोष देऊ शकता. आणि प्रदूषण म्हणजे: धूळ, सिग्रेटच्या राखेचे कण, धूर आणि इतर सूक्ष्म कचरा जे इथे तिथे झपाट्याने पसरत असतात, जणू ते त्याच ठिकाणी राहायला आले आहेत.

सामान्यतः, रेइल्ली प्रकीर्णन—ज्यामुळे आकाश निळं दिसतं—केवळ हवेच्या अणूंवर काम करते, जे इतके सूक्ष्म असतात की ते निळ्या रंगासारख्या लघु तरंगांच्या प्रकाशाचे प्रकीर्णन करतात. पण प्रदूषणाचे कण हे मोठे असतात आणि ते प्रकाशाचा वेगळ्या पद्धतीने प्रकीर्णन करतात. हे निळे आकाश बनविण्याऐवजी ते आकाशाला राखाडी किंवा अगदी पिवळसर तपकिरी रंग देतात. तुमच्या व्हॉट्सअ‍ॅप स्टेटससाठी हे छान पार्श्वभूमी नाही का?

तुम्ही कधी लक्षात घेतले आहे का की शहरी आकाश ग्रामीण भागापेक्षा थोडे काळवंडलेले दिसतात? ते प्रदूषण आपल्या शक्तीचे प्रदर्शन करत आहे. सर्व औद्योगिक उत्सर्जन आणि कारच्या धुरामुळे आकाशावर एक प्रकारचे फिल्टर सारखे काम करते, त्याची नैतिक रंगत कमी करत असते. हे असे आहे की एखाद्याने तुमच्या कॅमेरा लेन्सवर धुळ टाकली आहे.

सूर्यास्ताच्या वेळी आकाश लाल का होते

सायंकाळची सोनेरी वेळ: जेव्हा सूर्यास्त तुम्हाला मंत्रमुग्ध करतो—आकर्षक, नाट्यमय, आणि पूर्णपणे मोहक. पण आकाश लाल, केशरी आणि गुलाबी रंगांच्या ज्वाला मिश्रणात का बदलते? ते असे नाही की सूर्य तुमच्या संध्याकाळच्या चालीसाठी मूड लाईटिंग सेट करत आहे; हा फक्त भौतिकशास्त्राचा खेळ आहे.

दिवसाच्या वेळी, सूर्यप्रकाश थेट तुमच्यापर्यंत पोहोचतो, लहान तरंगांच्या प्रकाशाचा प्रकीर्णन करतो जसे की निळा, आणि आकाशाला त्याच्या विशिष्ट रंगाचा छटा देतो. पण सूर्यास्ताच्या वेळी, गोष्टी थोड्या मंद होतात. सूर्यप्रकाशाला पृथ्वीच्या वातावरणातून एक जाड थर पार करावा लागतो.

आता, रेइल्ली प्रकीर्णन लक्षात आहे का? ते लाल आणि केशरीसारख्या लांब तरंगांच्या प्रकाशावर तितके प्रभावी नाही. हे रंग जाड वातावरणातून सहज पार जाऊ शकतात, तर निळा आणि जांभळा रंग इतके प्रकीर्णित होतात की ते जवळजवळ बाहेरच फेकले जातात. थोडं धूळ, पाणी वाफ, आणि हो, प्रदूषण जोडल्यावर तुम्हाला तुमच्या चमकदार सूर्यास्त कॉकटेलचे साक्षात्कार मिळतात.

मजेदार तथ्य: दोन सूर्यास्त कधीही समान नसतात. वातावरणात जितका जास्त "कचरा" असतो, तितके रंग जास्त चमत्कारीक होऊ शकतात.

समुद्राचा निळा—एक संपूर्ण वेगळी कथा

आता, जर तुम्हाला असं वाटत असेल की समुद्र निळा आहे त्याच कारणामुळे आकाश निळं आहे, तर अभिनंदन—तुम्ही विज्ञानातील एक अत्यंत सामान्य गोंधळ समजून घेतला आहे. हे फक्त एक मोठं तरंगतं आकाश असं नाही. समुद्र आपलीच ऑप्टिकल चाल खेळत आहे, आणि तो वातावरणाकडुन काहीही उधार घेत नाही.

समुद्र निळा आहे कारण पाणी स्वतः प्रकाशाबाबत थोडं "बायस" आहे. जेव्हा सूर्यप्रकाश पाण्यावर पडतो, तेव्हा दृश्य स्पेक्ट्रममधले सर्व रंग तेथून पुढे जाण्याचा प्रयत्न करतात. पण पाणी निवडक आहे, ते काही रंगांना परत पाठवते. लाल, केशरी, आणि पिवळा ?  नाही, त्यांना काहीच संधी नाही. या रंगांचे पाण्यामध्ये प्रवेश करताच शोषण होऊन ते लवकर नष्ट होतात. निळा, मात्र? निळा रंग VIP आहे. तो पसरतो आणि परत तुमच्या डोळ्यांमध्ये परावर्तित होतो जणू समुद्राने एक मोठा, चकचकीत निळा पोशाख परिधान केला आहे.

पाण्याचे सूक्ष्म रेणुकण हे दीर्घतरंगांना (लाल आणि पिवळा) अधिक प्रभावीपणे शोषून घेतात, तर लहान तरंग (निळा आणि हिरवा) कमी शोषले जातात. म्हणूनच समुद्राचा चमकदार निळा रंग आहे.

आता यामध्ये इतर घटक जसे पाण्याची खोली आणि त्यात तरंगत असलेली वस्त्र-धूळ—अल्गी, खनिजे वगैरे—ही रंगाची छटा बदलू शकतात, ते कुठूनही क्रिस्टल टरक्वॉइज ते गडद निळ्या रंगात होऊ शकते. पण त्याच्या गाभ्यात, समुद्राचा निळा रंग भौतिकशास्त्रावर आणि पाण्याच्या निवडक प्रकाश-शोषणावर आधारित आहे.

तर, पुढच्या वेळी समुद्राकडे पाहत असताना, लक्षात ठेवा—ते आकाशाचं परावर्तित चित्र नाही; तर  तो पाण्याचा नाट्यमय मार्ग आहे

आजसाठी पुरेसे

जर तुम्ही इतका वेळ आमच्यासोबत राहिला असाल, तर अभिनंदन—तुम्ही आता आकाश आणि समुद्र निळा का आहे हे जाणून घेतले आहे, ते खूप लोक कधीही जाणून घेतीलच असं नाही. पण खरी गोष्ट अशी आहे: “समुद्र निळा का आहे?” असा साधा प्रश्न विचारल्यावर इतिहासातील एक महान वैज्ञानिक, सर सी. व्ही. रमन ह्यांनी प्रकाश आणि वस्तूंच्या रहस्यांत खोलवर अभ्यास केला आणी "कारण ते छान दिसतं" या उत्तरावर ते थांबले नाहीत. त्यानी रमन इफेक्ट शोधला, जो आता 'स्पेक्ट्रोस्कोपी' चा एक मुख्य दुवा आहे आणि ज्यामुळे त्यांला भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळालं—ह्या फील्डमध्ये नोबेल पारितोषिक मिळवणारे एकमेव भारतीय वैज्ञानिक.

सर सी व्ही रमण

सर रमन हे स्वप्नाळू व्यक्ती नव्हेते; त्यांनी कुतूहलाने सुरुवात केली—ज्या प्रकारच्या बालसुलभ प्रश्न विचारण्याच्या गोष्टी आपण प्रगल्भ होण्याच्या प्रक्रियेत सोडून देतो. त्याची कथा महत्त्वाची आहे कारण कुतूहल हे फक्त एक कालखंड नाही, तर ब्रह्मांड समजून घेण्यासाठी एक शक्तिशाली साधन आहे. पुढच्या वेळी तुम्ही निळ्या आकाशाकडे किंवा चकाकणाऱ्या समुद्राकडे पाहिल्यावर व्हॉट्सअॅपसाठी फोटो पोस्ट करण्याऐवजी  तुम्ही निसर्गाला प्रश्न विचारू शकाल. कोण जाणे, तुम्ही नोबेल तर जिंकणार नाही, पण तुम्हीही निश्चितच निसर्गाशी जोडले जाऊ शकता.

अखेरीस, जर या ब्लॉगने तुमचे थोडंही ज्ञान वाढवलं असेल, तर कृपया ते शेअर करा. तुम्ही कमेंट देऊ शकता, भविष्यातील अपडेट्ससाठी साईन-अप करू शकता, किंवा हे ज्ञान फक्त स्वतःकडे ठेवण्याचा निर्णय घेऊ शकता. धन्यवाद.