varje gång det snöar blir världen vit, även för de kortaste ögonblicken. Idag tar vi en titt på varför det är.
du hör sannolikt låten ”White Christmas” spelas varje gång vintersemestern svänger runt. Det visar hur djupa kulturella föreningar mellan snö och dess färg — den slående, rena, glittrande vita — körningen. Om du tänker på det, men något lägger inte upp. Snö består i grunden av små kristaller av vatten (is) kakade ovanpå varandra. Vatten är inte vitt; inte heller is, för den delen.
logik dikterar att det måste finnas ett annat element som kommer in i mixen för att göra snö, ja, Snövit. Det finns det. För att få din aptit är det i princip samma process som gör att isbjörnar verkar vita. Så låt oss se vad det är.
färg mig förvånad
för att få en tydligare bild av varför snö verkar vit måste vi ta en titt på vad som genererar färg i första hand.
våra ögon är i grunden sensorer som är utformade för att ta upp ett visst spektrum av elektromagnetisk strålning — vilket, överraskning, överraskning, vi kallar det synliga ljusspektret. Vi uppfattar olika våglängder eller intervall i detta spektrum som olika färger: ’bredare’ vågor ser röda ut för oss, medan ’smalare’ vågor verkar vara blå.
ljus är ungefär som alla andra typer av strålning. När det träffar ett objekt kan det passera, interagera med det eller reflekteras helt. Objekt får olika färger eftersom deras enskilda byggstenar (atomer eller molekyler) vibrerar som svar på olika frekvenser av energi (som den som bärs av ljus). De absorberar ett visst band av energi för att upprätthålla denna vibration — som förvandlar den till värme. Ljusfrekvenserna som inte absorberas kan fortsätta att gå igenom detta material (vilket gör det transparent eller genomskinligt) eller reflekteras (vilket gör materialet ogenomskinligt).
vad du ser som ’färg’ är blandningen av alla energiintervall eller band från det synliga spektrumet som ett material inte absorberar. Tänk på vitt ljus som en summa av alla färger som avbryter varandra. För att få en viss nyans måste du göra en av två saker. Du kan subtrahera dess motsats, som vi kallar dess ’komplementära’ (här är ett praktiskt färghjul), från blandningen, vilket lämnar den specifika färgen ’uncanceled’. Alternativt kan du absorbera alla andra våglängder och bara reflektera den färg du vill ha.
som ett exempel verkar bladen vara färska gröna eftersom klorofyll absorberar våglängderna som motsvarar rött och blått. Deras kompletterande färger är grön och orange/gul. Bladen absorberar bara en bråkdel av de gröna våglängderna, och det som reflekteras skapar sin färg. Det är särskilt intressant att notera att solljuset är tungt i ljusets gröna våglängder. Växter vill ha rött och blått ljus eftersom de är de mindre energiska delarna av solstrålning. Att gå till det gröna spektrumet skulle faktiskt strålning-steka bladens biokemiska redskap.
döm inte en snö efter dess färg
om du lägger en bit is bredvid en handfull snö är det ganska lätt att säga att deras färger inte matchar. Man ser i princip ut som fast vatten medan den andra är allt glittrande, vit och definitivt inte transparent. Så vad ger?
Tja, först och främst, varning till de kloka: isen är inte transparent-den är genomskinlig. Några av atomerna i ismolekylen är tillräckligt nära för att förändra ljusvågor när de kommer i kontakt. Tänk på det som att ljuset måste klämma mellan dessa atomer när det passerar genom Is. Det stör inte ljuset så mycket, men det böjer sin bana lite. Sätt fingret i ett glas vatten, och den nedsänkta delen kommer att se sned ut jämfört med resten av din hand; det är samma process på jobbet.
form och storlek gör också ett utseende här. Snö består av många små iskristaller staplade ihop. När ljus möter snö går det igenom det första kristallskiktet och böjs lite. Härifrån passerar den till en ny kristall, och processen upprepas. Ungefär som en disco boll, snön håller Brytande ljus tills den är böjd rakt ut högen. Eftersom isen är genomskinlig (absorberar inte någon våglängd av ljus) ändras inte färgen på detta ljus, så det är fortfarande vitt när det lämnar snöhögen för att träffa näthinnan.
bild via .
den lilla storleken på iskristaller i snö ger det också det ’matt men glittrande’ utseendet. Släta föremål reflekterar ljus spekulativt, eller som en spegel. Grova ytor sprider ljuset de reflekterar istället, varför vi kan uppfatta textur från att titta på ett objekt. Kristallerna i snö är släta, så var och en reflekterar ljus spekulärt. Från rätt vinklar kan du se detta som små, ljusa reflektioner på isen. När de klumpas upp tillsammans sprider kristallerna ljus totalt sett. Eftersom hur ljuset faller på det hjälper till att skapa färgen, kan snö ta nyanser av blått, lila eller till och med rosa under vissa omständigheter — till exempel när det är i skugga.
när det gäller isbjörnarna är de inte riktigt vita. Deras päls är faktiskt ganska mörk i färg. Isbjörnsrockar är gjorda av två lager hår, en kort och tjock, den andra lite längre och mer gles. Denna andra, längre kappa består av genomskinliga hår med ihåliga interiörer. Ungefär som i fallet med snö sprider ljus som faller på dessa hår (tack vare ljusspridande partiklar inuti de ihåliga kärnorna) och reflekteras tillbaka, vilket ger björnarna ett vitt utseende. Saltpartiklar mellan håren kvar från havsvatten avdunstar efter ett dopp ytterligare förstärka denna effekt.