כדי להסביר למה השמיים כחולים, אנחנו צריכים לדעת מה זה בעצם צבע. ובשביל להבין מה זה צבע אנחנו צריכים לדבר על שני דברים: על אור, ועל עיניים. כי צבע הוא הדרך שבה העיניים שלנו מגיבות לאור.
תאריך עליית הפרק לאוויר: 10/06/2018.
אות: "חינוכית".
[מוזיקת פתיחה]
קריין: "איך העולם עובד?" עם ארנון זמיר
קריינית: למה האור בשמש צהוב, אבל השמיים כחולים?
ארנון: כדי להסביר למה השמיים כחולים, אנחנו צריכים לדעת מה זה בעצם צבע. ובשביל להבין מה זה צבע, אנחנו צריכים לדבר על שני דברים - על אור ועל עיניים. כי צבע הוא הדרך שבה העיניים שלנו מגיבות לאור.
אור הוא סוג של קרינה, זרם של אנרגיה שעובר דרך האוויר ודרך החלל. אפשר לדמיין את זה כמו כדורים קטנים שעוברים בחלל. נניח שיש לנו שורה ארוכה של ילדים שעומדים אחד ליד השני. לילד הראשון בשורה יש סלסלה מלאה כדורי טניס. הוא מוציא כדור מהסלסלה ומוסר לילד השני [קולות רקע של חבטות בכדור]. הילד השני מוסר את הכדור לשלישי, ואז לרביעי, וכן הלאה. עד שהילד האחרון בשורה מקבל את הכדור וזורק אותו על הקיר. אתם שומעים את הבום של הכדור שפוגע בקיר? [קול חבטת כדור] זו פגיעת הקרינה. אפשר להגיד שהאנרגיה שנתן הילד הראשון כשמסר את הכדור, הגיעה עד אל הקיר, פגעה בו, והשמיעה בום. [קול חבטת כדור]
עכשיו נניח שהילד הראשון נמצא על השמש. אל תדאגו, הוא שותה הרבה מים וחובש כובע. ושורת הילדים נמשכת דרך כל החלל עד לכדור הארץ. השמש מוסרת לילד הראשון כדורי טניס, למעשה היא מפיקה קרינה, והילדים מעבירים אותם עד אלינו עד שהקרינה פוגעת בכדור הארץ.
לקרינה שנפלטת מהשמש קוראים קרינה אלקטרומגנטית, והיא יכולה לייצר תגובה בדברים שהיא פוגעת בהם, ממש כמו הפגיעה של הכדור האחרון בקיר. הקרינה שנפלטת מהשמש פוגעת בכדור הארץ, והיא, בין היתר, האור שאנחנו רואים.
לקרינה אלקטרומגנטית יש אורך. אפשר לדמיין את האורך הזה כאילו הוא המרחק בין הילדים שבשורה. חלק מהילדים עומדים קרוב מאוד אחד לשני ומעבירים את הכדורים ביניהם מהר מהר, וחלקם עומדים רחוקים, והכדורים עוברים ביניהם לאאאט לאט. כשמדובר בקרינה, למרחק הזה קוראים אורך גל. למה גל? חכו לסוף הפרק ותדעו.
יש גלים ארוכים מאוד, כאלה שהמרחק ביניהם מגיע לקילומטרים, ויש גלים קצרים מאוד שהמרחק ביניהם הוא קטן יותר ממילימטר, למעשה לפעמים קטן יותר מננומטר, מיליונית המילימטר. עד כמה זה קטן? שערה אחת על הראש שלכם היא ברוחב של יותר מ-50 אלף ננומטרים, והציפורניים שלכם, שנראה לכם שלא גדלות בכלל, מתארכות בקצב של ננומטר אחד בכל שנייה.
חשוב לדעת שלא כל קרינה אלקטרומגנטית היא אור נראה. יש טווח מסוים שבו המרחק בין הילדים, או אורך הגל, הוא בדיוק המרחק המתאים כדי לגרום לתגובה בעיניים של בני אדם. גלים קצרים מדי או ארוכים מדי לא יוצרים את התגובה הזאת, ולכן אנחנו לא רואים אותם. באורך הגל הנכון, התאים שיש לכם בעין ירגישו שפגע בהם כדור של קרינה, וישלחו אל המוח סימן שאומר "בום, משהו פגע בנו". המוח מפרש את המסר ויודע שזהו אור. לא רק זה, בתוך הטווח שהעיניים מזהות כאור, גלים קצרים מאוד גורמים לנו להרגיש שהאור סגול. גלים ארוכים יותר מתפרשים כאור ירוק, והגלים הכי ארוכים שאנחנו יכולים להרגיש בהם, אלה גורמים לעין שלנו לראות אור בצבע אדום.
אם הצבעים האלה נשמעים לכם מוכרים, אתם צודקים. אלה הם הצבעים של הקשת. צד אחד של הקשת תמיד אדום, והצד השני תמיד סגול, ובין לבין כל הצבעים האחרים.
לכל סוגי אורך הגלים שקיימים קוראים ספקטרום, ולטווח הגלים שאותו אנחנו רואים, הספקטרום של הקשת, קוראים ספקטרום האור הנראה. השמש מייצרת קרינה בכל אורכי הגל הנראים לעין, ובעוד המון אורכי גל אחרים שאותם אנחנו לא רואים, למשל כאלה שמחממים אותנו ועושים אותנו שזופים, או נקלטים בתאים סולריים והופכים לחשמל.
חלק גדול מהקרינה שהשמש פולטת הוא באורך גל שסביב 500 עד 600 ננומטרים, 500 עד 600 מיליוניות המילימטר, וזה במקרה אורך הגל שהעין שלנו מפרשת בתור צבע צהוב. לכן כשאנחנו רואים את השמש אנחנו רואים אותה צהובה, למרות שהיא פולטת קרינה בכל הצבעים ובכל האורכים, בדיוק באותו זמן.
חשבתם על זה פעם, מה הופך תות לאדום ובננה לצהובה? כאשר קרינת השמש פוגעת בדברים, חלק ממנה נעצר בדברים עצמם. אם נחזור אל הקיר שלנו ממקודם, זה כאילו שהקיר היה דביק, וחלק מהכדורים שפוגעים בו היו נדבקים אליו. אנחנו קוראים לזה "נבלעים", כי הקרינה נכנסת לתוך החומר ולא יוצאת. יתר הכדורים קופצים מהקיר בחזרה החוצה. אנחנו קוראים לזה "מוחזרים", כי הקרינה חוזרת החוצה וממשיכה לנוע.
כשקרינה מוחזרת מאיזשהו עצם, היא ניתזת לכיוונים שונים, ולא רק חוזרת לכיוון ממנו הגיעה. וזה מזל גדול, אחרת האור לא היה מגיע אל העין שלנו, והיינו יכולים לראות ממש ממש מעט דברים בעולם. לעצם כלשהו יש צבע כאשר אורך הגל שהוא מחזיר הוא אורך הגל של אותו צבע. אור השמש, שיש בו את כל אורכי הגל הנראה כולם, פוגע למשל בבננה. הבננה בולעת את האור האדום, והסגול, והירוק, והכחול, אבל היא מחזירה את האור הצהוב, שפוגע בעיניים שלנו, וגורם לנו לראות את הבננה בצבע צהוב.
אפשר לעשות ניסוי. קחו בננה והתבוננו בה היטב, תוודאו שהיא צהובה. עכשיו תכנסו לחדר חשוך שדולקת בו רק מנורה אדומה. הבננה לא תראה צהובה יותר, אלא תהיה בצבע אפור אדמדם, פשוט כי אין לה אורכי גל צהובים להחזיר לנו לעיניים. הנה ככה, שינינו את הצבע של בננה בלי לגעת בה בכלל, רק על ידי שינוי אורכי הגל של האור העומדים לרשותה.
במקום שבו אין מה שיחזיר אור בשום אורך גל, לא נראה שום צבע, לכן החלל, למשל, נראה לנו שחור. אין בו כמעט שום דבר שיחזיר אור, וכל הגלים חולפים וממשיכים בדרכם. וכאן אנחנו מגיעים אל התשובה לשאלות ששאלנו ממש בהתחלה.
השמיים אמנם נראים ריקים, אבל יש בהם המון חלקיקים של גז, האטמוספירה של כדור הארץ. האטמוספירה היא שכבה של גז שעוטפת את כדור הארץ, וכולנו חיים בתוכה. השכבה הזאת היא שהופכת את כדור הארץ לכוכב מתאים לחיים שלנו. היא מגינה עליו מפני פגיעות של כל מיני דברים שמסתובבים בחלל, וכמובן, אותה אנחנו נושמים.
האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת מתערובות של חומרים במצב גז, רובם מולקולות של חנקן ושל חמצן. שני הגזים האלה ביחד מרכיבים כמעט את כל האטמוספירה. אור השמש, הקרינה, פוגע בחלקיקי הגזים האלה ומוחזר לכל הכיוונים. אור בצבע כחול מוחזר קצת יותר מאשר אורכי גל אחרים בספקטרום. זה קורה גם כי הוא מושפע יותר מהחלקיקים שבהם הוא פוגע, מאשר אור אדום למשל, וגם כי האור הכחול מכיל יותר אנרגיה מאורכי גל אחרים. כאילו שהילדים שזורקים את הכדורים הכחולים עושים את זה יותר מהר ויותר חזק. לכן הקרינה הכחולה מגיעה רחוק יותר ועד לעיניים שלנו. הקרינה פוגעת בתאי הראייה, ואלה אומרים למוח "בום, פגע בנו משהו והוא בצבע כחול". ולכן, אנחנו רואים שהשמיים כחולים, למרות שהשמש מספקת להם את האור ונותנת להם בעצם את כל הצבעים כולם.
לסיכום, השמש שולחת אלינו קרינה במגוון אורכי גל, שחלק מהם, הספקטרום הנראה, מתפרשים אצלנו בתור אור. השמש שולחת יותר קרינה באורך הגל הצהוב, לכן אנחנו רואים אותה עצמה כצהובה. בדרך מקצה האטמוספירה של כדור הארץ ועד לעיניים שלנו, מולקולות חמצן וחנקן באטמוספירה מפזרות את גלי האור ושולחות את אורכי הגל הכחולים לכל הכיוונים. בגלל זה אל העיניים שלנו מגיעים בעיקר הגלים הכחולים, וזה מה שנותן לשמיים את הצבע הכחול.
הבטחתי עוד הסבר אחד קטן. למה אנחנו קוראים לאורך של הקרינה "אורך גל"? מה הקשר בין ילדים שמעבירים ביניהם כדורים ובין גלים?
ובכן, לקרינה יש כמה תכונות מוזרות. היא מתנהגת לפעמים כמו קווים ישרים, כמו שורות של ילדים, ולפעמים כמו גלים, ממש כמו בים. המדענים קוראים לזה דואליות גל-חלקיק. דואליות היא מילה שפירושה כפילות, או גם וגם, וגל-חלקיק פירושם, ובכן, גל, כמו בים, וחלקיק, דבר קטן, מוחשי, עגול, למשל, כדור טניס.
זה חלק מתחום שנקרא מכניקה קוונטית, ואולי עוד נדבר עליו באחד הפרקים הבאים. אבל אנחנו יכולים כבר עכשיו לדמיין את הקרינה, במקום כמו ילדים, כמו גלים בים. נניח שהרוח נושבת באמצע הים ודוחפת את המים. היא מעבירה להם אנרגיה ויוצרת גלים, כמו הרים ועמקים. הגלים מגיעים עד אל החוף ומביאים איתם את האנרגיה הזאת. עמדתם פעם במים ליד החוף? הדחיפה שאתם מרגישים, כאילו הגלים מנסים להוציא אתכם מהים, זו היא האנרגיה.
הגלים נראים כמו סדרה של הרים ועמקים שעשויים ממים, ולמרחק בין הפסגות של אותם הרים, אנחנו קוראים אורך הגל. כשהגלים צרים וצפופים, אורך הגל קצר, למשל, באור סגול או כחול, וכשהגלים רחבים וארוכים, אורך הגל גדול, למשל, באור אדום ואפילו אינפרה-אדום. ואגב, כמו גלים בים, גם גלים של קרינה אלקטרומגנטית יכולים לדחוף דברים שהם פוגעים בהם.
אז למה, למשל, תשאלו, הראוטר של הווי-פיי בבית לא דוחף את כל מה שמסביבו הצידה? התשובה המפתיעה היא שהוא כן דוחף, פשוט מאוד מאוד מאוד חלש. מספיקה התנגדות מעטה, כמו ההתנגדות של האוויר והחיכוך עם השולחן, כדי שהעצם שנדחף לא ממש יזוז. בחלל, שם אין אוויר, ולכן אין חיכוך שייצור התנגדות, אפשר להניע עצמים באמצעות דחיפה באנרגיית האור. ובאמת, ישנן חלליות שמשתמשות במפרשי שמש. משטחים גדולים שאור השמש הפוגע בהם דוחף אותם, כמו שהרוח דוחפת מפרש של סירה.
ועכשיו שאלה, אם השמיים הם כחולים בגלל שאור בצבע כחול נבלע פחות באטמוספירה, או מגיע יותר מצבעים אחרים אל העיניים שלנו, אז למה כשהשמש נמוכה בשמיים, בזריחה או בשקיעה, הם פתאום נראים לנו אדומים ולא רק כחולים?
על כך, בפרק הבא.
אות: "חינוכית".
קריין: הופק על ידי "פודקאסט ישראל מדיה בע"מ".
לעוד פרקים של הפודקאסט לחצו על שם הפודקאסט למטה
Comments