إشعاع السماء المنتشر هو إشعاع شمسي يصل إلى سطح الأرض بعد أن يكون متناثرًا من الحزمة الشمسية المباشرة بواسطة جزيئات معلقة في الغلاف الجوي؛ وتسمى أيضًا كوة منتشرة أو إشعاع السماء.
اشعاع السماء المنتشر
من إجمالي الضوء الذي تمت إزالته من الحزمة الشمسية المباشرة عن طريق التشتت في الغلاف الجوي (حوالي 25 بالمائة من الإشعاع الساقط)، يصل حوالي ثلثي الضوء في النهاية إلى الأرض كإشعاع سماء منتشر، وفي البصريات يشير الانتثار عادةً إلى انحراف الفوتونات الذي يحدث عندما يتم امتصاصها وإعادة إرسالها بواسطة الذرات أو الجزيئات.
وتكون السماء زرقاء لأن الجزيئات الموجودة في الهواء تشتت الضوء الأزرق بشكل تفضيلي، يعرف الانتثار بأنه العملية التي تقوم من خلالها الجسيمات الصغيرة المعلقة في وسط مؤشر مختلف للانكسار بنشر جزء من الإشعاع الساقط في جميع الاتجاهات، وفي حالة التشتت، لا ينتج عن تحويل الطاقة سوى تغيير في التوزيع المكاني للإشعاع يسمى أيضا مبعثر.
إلى جانب الامتصاص فقد يعد التشتت سببًا رئيسيًا لتوهين إشعاع الغلاف الجوي، ويختلف الانتثار كدالة لنسبة قطر الجسيم إلى الطول الموجي للإشعاع؛ وعندما تكون هذه النسبة أقل من حوالي عُشر، يحدث تشتت رايلي حيث يتغير معامل الانتثار عكسيًا مثل القوة الرابعة للطول الموجي، وفي القيم الأكبر لنسبة قطر الجسيم إلى الطول الموجي، يختلف التشتت بطريقة معقدة وصفتها نظرية مي بمعدل 10، ويبدأ تطبيق قوانين البصريات الهندسية.
الاستقطاب الصفري لإشعاع السماء المنتشر
هناك ثلاث نقاط يمكن اكتشافها بشكل شائع للاستقطاب الصفري لإشعاع السماء المنتشر (المعروفة بالنقاط المحايدة ) الواقعة على طول الدائرة الرأسية عبر الشمس:
- تقع نقطة بابنيت عادةً على ارتفاع 15 إلى 20 درجة فقط فوق الشمس، وبالتالي يصعب ملاحظتها بسبب الوهج الشمسي؛ حيث اكتشف بابنيت وجود هذه النقطة المحايدة في عام 1840.
- عادة ما تقع نقطة أراغو، التي سميت بهذا الاسم نسبة إلى مكتشفها عند حوالي 20 درجة فوق النقطة المضادة للشمس؛ لكنها تقع على ارتفاعات أعلى في الهواء العكر؛ وتجعل الخاصية الأخيرة مسافة أراغو مقياسًا مفيدًا لتعكر الغلاف الجوي.
- نقطة بروستر، التي اكتشفها بروستر عام 1840، تقع بين 15 و 20 درجة تحت الشمس مباشرة؛ ومن ثم يصعب مراقبتها بسبب وهج الشمس، وفي عام 1911 نشر ألبرت أينشتاين مقالًا أظهر فيه أن التفسير الحقيقي للون السماء يحتاج إلى تصحيح نسبي.
مجال الاشعاع المنتشر
لقد استخدم العلماء ملاحظات (GALEX) لأقطاب المجرة الشمالية والجنوبية لدراسة الخلفية فوق البنفسجية المنتشرة في المواقع التي يُتوقع أن يكون فيها ضوء المجرة عند الحد الأدنى، ووجدوا إزاحات من 230-290 وحدة فوتون في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (1531 Å) و 480-580 وحدة فوتون في الأشعة فوق البنفسجية القريبة (2361 Å).
من هذا يمكن أن يُعزى ما يقرب من 120 وحدة فوتون إلى الضوء المشتت بالغبار و 110 وحدة فوتون أخرى (190 في الأشعة فوق البنفسجية القريبة) إلى الإشعاع خارج المجرة، والإشعاع المتبقي حتى الآن غير معروف ويصل إلى 120-180 وحدة فوتون في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة و 300-400 وحدة فوتون في الأشعة فوق البنفسجية القريبة.
كيف تفسر فيزياء الكم سبب اللون الأزرق لإشعاع السماء المنتشر
سبب لون السماء زرقاء يعود إلى تشتت رالي، ويشير هذا التشتت إلى تشتت الإشعاع الكهرومغناطيسي (الذي يعتبر الضوء شكلاً منه) عن طريق جسيمات ذات طول موجي صغيرة؛ حيث يتشتت ضوء الشمس عن طريق جسيمات الغلاف الجوي وما يصل إلى الأرض يسمى إشعاع السماء المنتشر، وعلى الرغم من أن حوالي ثلث الضوء قط يتناثر، فإن أصغر الأطوال الموجية للضوء تميل إلى الانتهاء.
تتماشى الأطوال الموجية القصيرة مع درجات اللون الأزرق ولذلك تكون السماء زرقاء، وعند غروب الشمس وشروقها تتبدل الزاوية التي تكون فيها الشمس منطلقة الى الغلاف، وتنطلق معظم الأطوال الموجية الزرقاء والخضراء (الأقصر) حتى قبل الوصول إلى الغلاف الجوي السفلي، لذلك يكون هناك ألوان أخرى مثل البرتقالي وغيرها.
المحيط ليس أزرق لأن السماء زرقاء على الرغم من أنه كان يعتقد ذلك في الماضي، فهو يظهر باللون الأزرق بسبب امتصاص المحيط للضوء الأحمر، فعندما يضرب الضوء الماء تمتص جزيئات الماء بعض الفوتونات من الضوء، وكل شيء يمتص بطول موجي مختلف.
هذا وقد يخترق الضوء الماء الضحل والعميق كاملا، لأنه لا يوجد هناك ماء كافٍ لامتصاص عدد كافٍ من الفوتونات، لذلك تكون الماء ليس لها لون؛ ومع ذلك في المياه الضحلة، لا يمكن لجميع الأطوال الموجية للضوء أن تتعدى السائل بشكل كامل، حيث يوجد الكثير من جزيئات الماء في طريق الفوتونات، وتمتص جزيئات الماء كل الأطوال الموجية الحمراء من الضوء، مما يجعلها تعكس اللون الأزرق، وهذا هو سبب ظهور المياه الضحلة.
يسمى شعاع السماء المنتشر أيضا إشعاع السماء، وهي العملية الحاسمة لتغيير ألوان السماء؛ وتتم إزالة ما يقرب من 23٪ من الإشعاع الساقط المباشر من إجمالي ضوء الشمس من الحزمة الشمسية المباشرة عن طريق التشتت في الغلاف الجوي.
