آیا رنگ آسمان همیشه آبی باقی خواهد ماند؟

آسمان آبی چیزی است که بسیاری از ما آن را بدیهی می‌دانیم. اما رنگ آن در طول تاریخ زمین ممکن است به شکلی چشمگیر تغییر کرده باشد و دانشمندان می‌گویند این احتمال وجود دارد که باز هم تغییر کند.

به گفته فین باریج، رابط علمی در رصدخانه سلطنتی گرینیچ در بریتانیا، دو عامل اصلی باعث می‌شود آسمان در طول روز آبی به نظر برسد.

او توضیح می‌دهد: «نخست خورشید است. نور معمولی خورشید سفید است، یعنی همه رنگ‌های رنگین‌کمان - قرمز، زرد، سبز و آبی - را در خود دارد.»

عامل دوم ترکیب جو زمین است. به گفته آقای باریج، آسمان حاوی تعداد بسیار زیادی ذرات ریز مانند نیتروژن، اکسیژن و بخار آب است که نور را در جهات مختلف پراکنده می‌کنند.

نور آبی طول موج کوتاه‌تری نسبت به بیشتر رنگ‌های دیگر دارد. به همین دلیل بیشتر پراکنده می‌شود و آسمان را با رنگ آبی پر می‌کند.

این فرایند به افتخار لرد ریلی، فیزیک‌دان بریتانیایی که در دهه ۱۸۷۰ نظریه آن را توسعه داد، «پراکندگی ریلی» نامیده می‌شود.

در هنگام طلوع و غروب خورشید، نور خورشید باید مسیر بسیار طولانی‌تری را در جو طی کند، زیرا خورشید در افق پایین‌تر قرار دارد.

در این شرایط، نور آبی آن‌قدر پراکنده می‌شود که از مسیر دید ما منحرف می‌شود. در نتیجه، رنگ‌های قرمز و نارنجی که کمتر پراکنده می‌شوند به چشم ما می‌رسند و صحنه‌های زیبایی را پدید می‌آورند.

سیاره‌های دیگر

به گفته فین باریج، آسمان آبی و روشن زمین در منظومه شمسی پدیده‌ای منحصربه‌فرد است.

هرچند گمان می‌رود برخی سیاره‌ها مانند مشتری دارای لایه بالایی کم‌رنگی از آبی باشند که تا حدی شبیه جو زمین است، اما این رنگ به‌مراتب کم‌فروغ‌تر است.

سیاره مشتری که فاصله بیشتری از خورشید دارد، تنها حدود چهار درصد نوری را دریافت می‌کند که به زمین می‌رسد. آقای باریج می‌گوید: «بنابراین آن آسمان آبی شفاف و دل‌انگیزی را که روی زمین می‌بینیم، آنجا نخواهید داشت.»

در برخی سیاره‌ها، وضعیت کاملا متفاوت است.

مریخ تنها جوی نازک دارد، بنابراین پراکندگی ریلی در آن چندان رخ نمی‌دهد. در عوض، ذرات فراوان گردوغبار آن - که از مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن جو زمین بزرگ‌ترند - نور را به شکل متفاوتی پراکنده می‌کنند.

این فرایند «پراکندگی می» نام دارد و نتیجه آن آسمانی سرخ یا زردفام با غروب‌هایی آبی‌رنگ است.

آیا آسمان همیشه آبی بوده است؟

آسمان آبی‌رنگی که امروز می‌بینیم و می‌شناسیم، در تاریخ طولانی این سیاره پدیده‌ای نسبتا جدید به شمار می‌رود.

اگرچه راهی برای دانستن قطعی رنگ آسمان در گذشته وجود ندارد، اما دانشمندان احتمال می‌دهند که رنگ آن بسته به گازهای موجود در جو زمین در دوره‌های مختلف، تغییر کرده است.

زمانی که زمین حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت، سطح آن عمدتا گداخته بود. بر اساس یکی از نظریه‌ها، با سرد شدن سیاره، جو اولیه زمین عمدتا از گازهای ناشی از فوران‌های آتشفشانی و دیگر فعالیت‌های زمین‌شناختی مانند دی‌اکسید کربن و نیتروژن، همراه با مقادیر اندکی متان و مقدار بسیار ناچیزی اکسیژن تشکیل شده بود.

با گذشت زمان، حیات در قالب باکتری‌های اولیه روی زمین پدید آمد و مقدار زیادی متان به جو افزود. نور خورشید که به این متان می‌تابید، آن را به ترکیبات آلی پیچیده‌تری تبدیل می‌کرد که مه نارنجی‌رنگی در آسمان ایجاد می‌کرد؛ چیزی شبیه مه‌دود.

نقطه عطفی بزرگ حدود ۲/۴ میلیارد سال پیش و هم‌زمان با «رویداد بزرگ اکسیژنی» رخ داد؛ زمانی که موجودات اولیه‌ای به نام سیانوباکتری‌ها با استفاده از فتوسنتز، نور خورشید را به انرژی تبدیل کردند و در این فرایند مقدار زیادی اکسیژن آزاد نمودند.

اکسیژن به تدریج در جو انباشته شد و مه‌های پدیدآمده از متان را از میان برد. با شکل‌گیری جو امروزی، آسمان به رنگ آبی که امروزه می‌شناسیم درآمد.

آیا این رنگ برای همیشه باقی می‌ماند؟

در کوتاه‌مدت، رنگ آسمان آبی تغییری نخواهد کرد. هرچند آلودگی، آتش‌سوزی‌های گسترده، فوران‌های آتشفشانی و طوفان‌های گردوغبار می‌تواند به طور موقت رنگ آسمان را تغییر دهند، اما این اثرها گذرا هستند.

پس از فوران عظیم آتشفشان کراکاتوا در اندونزی در سال ۱۸۸۳، غروب‌های سرخ خیره‌کننده و حتی غروب‌های سبز و «ماه‌های آبی» مشاهده شد؛ پدیده‌هایی که احتمالا ناشی از ذراتی مانند سولفات‌ها و خاکستر در جو بود که نور را به شکلی متفاوت با حالت معمول پراکنده می‌کردند.

دکتر کلر رایدر، دانشیار هواشناسی در دانشگاه ردینگ بریتانیا، می‌گوید اثر کلی ذرات معلق در هوا (هواپخش‌ها) که شامل ذرات جامد یا نیمه‌جامد در جو هستند، به اندازه نسبی آن‌ها بستگی دارد.

او می‌گوید اگر این ذرات معلق همگی تقریبا هم‌اندازه باشند، به ویژه هنگام غروب، شاهد جلوه‌های رنگی بسیار شدیدی هستیم چرا که این ذرات پراکندگی نور را به شکلی مشابه و هم‌سو تقویت می‌کنند.

خانم رایدر توضیح می‌دهد: «زمانی که با طیفی از اندازه‌های مختلف ذرات سر و کار داریم، هر ذره بسته به اندازه‌اش با طول موجی خاص واکنش نشان می‌دهد و مجموعه‌ای از رنگ‌ها را پدید می‌آورد.» اگر این فرآیند هم‌زمان رخ دهد، ترکیب آن‌ها می‌تواند «غبار سفیدفام یا قهوه‌ای‌رنگی» ایجاد کند. این پدیده گاهی هنگام فوران‌های آتشفشانی، طوفان‌های شن و همچنین آلودگی هوا رخ می‌دهد.

او می‌گوید باید به این فکر کرد که تغییرات اقلیمی در آینده چگونه بر رنگ آسمان تاثیر خواهد گذاشت.

خانم رایدر می‌گوید «با افزایش دما، بخار آب بیشتری وارد جو خواهیم کرد» و این می‌تواند باعث شود ذرات معلق در اثر رطوبت متورم شوند، توانایی پراکندگی آن‌ها افزایش یابد و اثر سفید شدن آسمان تقویت شود.

او در عین حال اشاره می‌کند: «برعکس، اگر در آینده انتشار آلاینده‌ها کاهش یابد، ممکن است آسمان آبی‌تری داشته باشیم.»

اما تمامی این تغییرات در مقیاس زمان نجومی، چندان به چشم نمی‌آیند.

یک میلیارد سال

به گفته فین باریج، برای تغییر دائمی رنگ آسمان، باید دگرگونی شدیدی در ترکیب جو زمین رخ دهد.

او می‌گوید: «چنین اتفاقی در کوتاه‌مدت رخ نخواهد داد، مگر آن‌که فوق‌العاده بدشانس باشیم و شهاب‌سنگ عظیمی به ما برخورد کند که احتمال آن کم است.»

برآورد او این است که دست‌کم یک میلیارد سال دیگر تا پایانِ دورانِ آبی بودنِ آسمان زمان باقی است.

با پیر شدن خورشید، درخشش آن به تدریج افزایش خواهد یافت. آقای باریج می‌گوید حدود یک میلیارد سال دیگر، خورشید تقریبا ده درصد نور بیشتری نسبت به امروز از خود ساطع خواهد کرد.

او معتقد است: «این روند باعث گرم شدن زمین، از بین رفتن دی‌اکسید کربن در جو و در نهایت به جوش آمدن اقیانوس‌ها می‌شود.»

به گفته او احتمال دارد این فرایند مقادیر زیادی اکسیژن در جو آزاد کند و حتی برای مدتی کوتاه، رنگ آبی آسمان را غلیظ‌تر و درخشان‌تر سازد.

اما آقای باریج می‌گوید با از بین رفتن آن اکسیژن، آسمان تغییر خواهد کرد و به «جوی سفیدرنگ، متمایل به زرد، بسیار داغ و بیشتر شبیه به وضعیت سیاره ناهید» تبدیل خواهد شد.

در آینده‌ای دورتر - حدود پنج میلیارد سال دیگر - ذخیره سوخت خورشید تمام می‌شود و این ستاره با منبسط شدن، به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد.

آقای باریج می‌گوید: «با به پایان رسیدن عمر زمین، اولین جزء اصلی، یعنی همان نور آبی خورشید را از دست می‌دهید.»

او ادامه می‌دهد: «با مرگ خورشید و انبساط آن به ستاره‌ای بسیار، بسیار سرخ و عظیم، هر آنچه از جو زمین باقی مانده باشد، به رنگ سرخ تند در خواهد آمد.»

«اما در آن زمان دیگر حیاتی باقی نمانده تا شاهد آن مرحله باشد. امیدوارم تا آن زمان، انسان‌ها به اعماق ستارگان رفته باشند تا در جایی دیگر، آسمان آبی دیگری بیابند.»