Dnevno svjetlo

Iako nama možda izgleda da je naša atmosfera u potpunosti prozirna ona to nije, a ta činjenica ima dalekosežne posljedice na rasprostiranje sunčevog svjetla i način na koje ono rasvjetljava površinu našeg planeta.

Iako nama možda izgleda da je naša atmosfera u potpunosti prozirna ona to nije, a ta činjenica ima dalekosežne posljedice na rasprostiranje sunčevog svjetla i način na koje ono rasvjetljava površinu našeg planeta. Zamislimo potpuno proziran medij i zraku svjetlosti koja se od izvora rasprostire kroz takav medij. Budući da je medij u potpunosti proziran on uopće ne utječe na zraku, ona nesmetano prolazi kroz njega. Postavlja se pitanje: kako će nama izgledati ta scena, odnosno kako ćemo mi vidjeti takvu zraku? Ako zraka ne dođe do našeg oka, odnosno ako ga direktno ne pogodi mi je uopće nećemo vidjeti i sve će nam izgledati crno i mračno. Upravo smo opisali situaciju na koju astronauti nailaze u svemiru. Kad napuste atmosferu okruženi su tamom. Predmeti na koje padnu zrake svjetlosti reflektiraju ih u praktično svim smjerovima pa ih nije teško uočiti, no tamo gdje nema objekata sve je crno. Kad bi naša atmosfera bila u potpunosti prozirna nebo iznad nas bilo bi takve boje, potpuno crno, a predmeti koje osvjetljava sunčevo svjetlo imali bi samo dvije plohe, onu koju vidimo jer okrenuta prema svjetlu i osvijetljena i onu koju ne vidimo jer potpuno tamna budući da do nje svjetlost ne dopire. Sunce je prema našim kriterijima beskonačno udaljeno od Zemlje stoga zrake svjetlosti koje ono odašilje dolaze u paralelnom snopu i potpuno su usmjerene, takvo svjetlo daje oštar prijelaz između osvijetljenog i neosvijetljenog dijela. Naše nebo nije crno, ono je plavo, a ta je boja posljedica raspršenja sunčevog svjetla na česticama koje se nalaze u atmosferi: prašine, vodene pare i molekula kisika i dušika. Evo još jednog primjera, u novije je vrijeme vrlo popularno objekte namijenjene zabavi označavati laserskim snopom usmjerenim u nebo. Taj snop vidljiv je iz daljine i neka je vrsta svjetionika koja navodi potencijalne goste. U potpuno prozirnoj atmosferi mi ga ne bismo vidjeli osim ako nije uperen direktno u nas, no u našoj se atmosferi on odlično vidi sa svih strana iako je uperen u nebo. To je još jedan dokaz da naša atmosfera raspršuje svjetlo, no što to zapravo znači?

Objasnili smo da tijela prema interakciji sa svjetlom dijelimo na prozirna, neprozirna i prozračna. Prilikom te podjele nismo naveli sve oblike interakcije svjetlosti i tijela. Neprozirna tijela mogu na različite načine reagirati sa svjetlom, mogu ga apsorbirati ili reflektirati. Apsorpcijom svjetlo pretvaraju u toplinu, a refleksijom ga vraćaju u prostor i pri tome ga mogu manje ili više promijeniti. Prozirna tijela propuštaju svjetlost ali je i lome, jer ona u njima sporije putuje nego u vakuumu. Prozračna pak tijela propuštaju svjetlost ali je pri tome raspršuju. Raspršenje je zapravo samo oblik refleksije u kojem se svjetlost reflektira u nasumičnim smjerovima. Kod prozračnih se tijela ta refleksija ne događa na površini nego u unutrašnjosti i to je bitna razlika u odnosu neprozirna tijela kod kojih se proces događa na površini. Svjetlost koja uđe u prozračno tijelo promjeni smjer puno puta i pri tome manje ili više (ovisno o strukturi i materijalu) izgubi usmjerenost. Ako je ovo ista pojava kao i u atmosferi postavlja se pitanje zašto onda prozračna tijela ne dobiju plavu boju nego su mliječno bijela, ili zašto atmosfera nije mliječno bijela? Razlog te razlike krije se u veličini čestica na kojima dolazi do raspršenja. Kod tijela koje mi upotrebljavamo radi se o relativno velikim strukturama u kojima su čestice na kojima dolazi do raspršenja velike i sve se frekvencije svjetla jednako raspršuju. Čestice na kojima se svjetlost raspršuje u atmosferi vrlo su male, promjer im iznosi oko 300 nm. Kako se vidljivi dio sunčeve svjetlosti sastoji od različitih valnih dužina raspona od 400 do 700 nm, samo se svjetlost kratkih valnih dužina raspršuje na tim česticama, a te valne dužine pripadaju ljubičastom i plavom svjetlu. Zeleni, žuti i crveni dio spektra koji ima veću valnu dužinu jednostavno zaobiđe takve čestice. Za razliku od raspršenja u prozračnom tijelu gdje se sve valne dužine jednako raspršuju, u atmosferi dolazi do selektivnog raspršenja, raspršuje se samo plavo i ljubičasto svjetlo. Kad se svjetlost te boje rasprši po atmosferi ona dobije plavu boju. Tako nebeski svod djeluje kao poseban izvor svjetla plave boje. Što se zapravo događa? Sunčeva svjetlost koja dolazi do naše atmosfere ima temperaturu od 6000 K, interakcijom svjetla i atmosfere dolazi do raspršenja; svjetlost se razdvaja na dvije komponente:
1. direktno sunčevo svjetlo koje ostaje usmjereno, ali je izgubilo dio plave svjetlosti pa mu se temperatura spustila na 5600 K i
2. plavu komponentu koja se u svim smjerovima raspršila po atmosferi

Ove temperature naravno vrijede samo za određeno doba dana, oko podneva, kad je put svjetla kroz atmosferu najkraći. U druga doba dana temperatura direktnog sunčevog svjetla još je niža jer put svjetlosti kroz atmosferu duži pa je raspršenje više izraženo, zato su zalasci Sunca tako crveni i bogati crvenim svjetlom. Pojava ovisi i o stanju atmosfere, godišnjim dobu i geografskoj širini. Stoga smo u tablici temperatura različitih izvora svjetla posebno obradili sunčevo svjetlo i svjetlo nebeskog svoda, iako je primarni izvor oba svjetla Sunce, ovdje se radi o dva različita izvora svjetlosti. Kod rasprava o rasvjeti neupućeni fotografi uvijek "pametno" izjavljuju kako se rasvjeta treba sastojati od samo jednog svjetlosnog izvora jer je to prirodna situacija na koju smo navikli, mi naime imamo samo jedan izvor svjetla Sunce! Oni zanemaruju svjetlost nebeskog svoda koja je uvijek prisutna i koja može imati značajan utjecaj na ukupnu rasvijetljenost objekta kojeg fotografiramo. Ta svjetlost djeluje tako da nam osvjetljava sjene, odnosno to je prirodni "fill in".