za każdym razem, gdy pada śnieg, świat staje się biały, nawet przez najkrótsze chwile. Dzisiaj przyjrzymy się temu, dlaczego tak jest.
prawdopodobnie usłyszysz piosenkę „White Christmas” graną za każdym razem, gdy ferie zimowe huśtają się wokół. Pokazuje, jak głębokie związki kulturowe między śniegiem a jego kolorem — tą uderzającą, czystą, błyszczącą bielą — biegną. Jeśli jednak się nad tym zastanowić, coś się nie zgadza. Śnieg składa się w zasadzie z maleńkich kryształków wody (lodu) otoczonych jeden na drugim. Woda nie jest biała, ani lód.
logika nakazuje, że musi być inny element wchodzący w skład mieszanki, aby śnieg, cóż, śnieżnobiały. Jest. Aby zaostrzyć apetyt, jest to w zasadzie ten sam proces, który sprawia, że niedźwiedzie polarne wydają się białe. Zobaczmy, co to jest.
Color Me surprised
aby uzyskać jaśniejszy obraz tego, dlaczego śnieg wydaje się biały, musimy przyjrzeć się, co generuje kolor w pierwszej kolejności.
nasze oczy są zasadniczo czujnikami zaprojektowanymi do wychwytywania określonego spektrum promieniowania elektromagnetycznego-które, zaskakujące, zaskakujące, nazywamy widmem „światła widzialnego”. Odbieramy różne długości fal lub odstępy tego widma jako różne kolory: „szersze” fale wyglądają dla nas na czerwone, podczas gdy „węższe” fale wydają się być niebieskie.
światło jest prawie jak każdy inny rodzaj promieniowania. Kiedy uderza w obiekt, może przejść przez niego, wejść w interakcję z nim lub zostać całkowicie odbity. Obiekty przybierają różne kolory, ponieważ ich poszczególne elementy składowe (atomy lub cząsteczki) wibrują w odpowiedzi na różne częstotliwości energii (takie jak ta przenoszona przez światło). Pochłaniają one określone pasmo energii, aby utrzymać tę wibrację-która przekształca ją w ciepło. Częstotliwości światła, które nie są absorbowane, mogą przenikać przez ten materiał (co sprawia, że jest przezroczysty lub półprzezroczysty) lub ulegać odbiciu (dzięki czemu materiał jest nieprzezroczysty).
to, co widzisz jako „kolor”, to mieszanka wszystkich interwałów energetycznych lub pasm ze spektrum widzialnego, którego materiał nie wchłania. Pomyśl o białym świetle jako o sumie wszystkich kolorów, które wzajemnie się usuwają. Aby uzyskać konkretny odcień, musisz zrobić jedną z dwóch rzeczy. Możesz odjąć jego przeciwieństwo, które nazywamy „komplementarnym” (tutaj jest poręczne koło kolorów), od mieszanki, pozostawiając ten konkretny kolor „niezaangażowany”. Alternatywnie, można absorbować wszystkie inne długości fal i odzwierciedlać tylko kolor, który chcesz.
jako przykład, liście wydają się być świeże zielone, ponieważ chlorofil pochłania długości fal odpowiadających czerwieni i błękitu. Ich komplementarne kolory to zielony i pomarańczowo-żółty. Liście pochłaniają tylko ułamek zielonych fal, a to, co się odbija, tworzy ich kolor. Szczególnie interesujące jest to, że światło słoneczne jest ciężkie w zielonych długościach fal światła. Rośliny chcą czerwonego i niebieskiego światła, ponieważ są mniej energicznymi częściami promieniowania słonecznego. Sięgnięcie po zielone spektrum właściwie wysmażyłoby biochemiczne koła zębate liści.
nie oceniaj śniegu po jego kolorze
jeśli umieścisz kawałek lodu obok garstki śniegu, łatwo jest stwierdzić, że ich kolory nie pasują. Jeden wygląda w zasadzie jak stała woda, podczas gdy drugi jest błyszczący, biały i zdecydowanie nie przezroczysty. Więc co jest?
po pierwsze, uwaga dla mądrych: lód nie jest przezroczysty — jest przezroczysty. Niektóre Atomy w cząsteczce lodu są wystarczająco blisko, aby zmieniać fale świetlne, gdy wchodzą w kontakt. Pomyśl o tym jak o tym, że światło musi przeciskać się między tymi atomami, gdy przechodzi przez lód. Nie przeszkadza to zbytnio światłu, ale trochę „wygina” jego trajektorię. Włóż palec do szklanki wody, a zanurzona część będzie wyglądała na przekrzywioną w porównaniu z resztą dłoni; to ten sam proces w pracy.
kształt i rozmiar również tutaj się pojawiają. Śnieg składa się z wielu maleńkich kryształków lodu ułożonych razem. Kiedy światło napotyka śnieg, przechodzi przez pierwszą warstwę kryształów i trochę się wygina. Stąd przechodzi do nowego kryształu, a proces się powtarza. Coś jak kula dyskotekowa, śnieg ciągle załamuje światło, dopóki nie wygnie się prosto ze stosu. Ponieważ lód jest półprzezroczysty (nie absorbuje żadnej długości fali światła), kolor tego światła nie jest zmieniony, więc nadal jest biały, gdy wychodzi ze stosu śniegu, aby uderzyć w siatkówkę.
obrazek via .
niewielki rozmiar kryształków lodu w śniegu nadaje mu również „matowy, ale błyszczący” wygląd. Gładkie przedmioty odbijają światło w sposób specjalny lub jak lustro. Chropowate powierzchnie rozpraszają światło, które odbijają, dlatego możemy dostrzec fakturę patrząc na obiekt. Kryształy w śniegu są gładkie, więc każdy odbija światło w sposób specjalny. Pod kątem prostym widać to jako małe, jasne odbicia na lodzie. Jednak po zbiciu razem kryształy rozpraszają światło. Ponieważ sposób, w jaki pada na nią światło, pomaga w tworzeniu koloru, śnieg może przyjmować odcienie niebieskiego, fioletowego, a nawet różowego w pewnych okolicznościach — na przykład w cieniu.
co do niedźwiedzi polarnych, to nie są tak naprawdę białe. Ich futro jest dość ciemne. Płaszcze niedźwiedzi polarnych zbudowane są z dwóch warstw włosków, jednej krótkiej i grubej, drugiej nieco dłuższej i rzadszej. Ta druga, dłuższa sierść składa się z przezroczystych włosków o pustych wnętrzach. Podobnie jak w przypadku śniegu, światło padające na te włosy rozprasza się (dzięki cząsteczkom rozpraszającym światło wewnątrz pustych rdzeni) i odbija się z powrotem, nadając niedźwiedziom biały wygląd. Cząsteczki soli pomiędzy włosami pozostającymi po odparowaniu wody oceanicznej po kąpieli dodatkowo wzmacniają ten efekt.