Soarele poate părea galben, dar privit din spațiu se vede complet diferit. De ce se întâmplă asta și ce culoare are, de fapt

Soarele poate părea galben, dar privit din spațiu, fără o atmosferă care să-i filtreze lumina, Soarele este de fapt alb — iar culoarea galbenă pe care o vedem de pe Pământ este rezultatul atmosferei noastre care împrăștie lungimile de undă albastre, în baza aceleiași fizici care face ca cerul să pară albastru, potrivit Space Daily.

Soarele este reprezentat ca fiind galben în desenele copiilor, în pictogramele meteo, pe steaguri și în notația astronomică standard. Astronomii îl clasifică drept un „pitic galben”, o stea de secvență principală de tip G2V. Această reprezentare galbenă este atât de consecventă în cultura umană și în știință, încât poate fi surprinzător să afli că Soarele nu este de fapt galben. Privit din spațiu, deasupra atmosferei Pământului, Soarele este alb. Astronauții de pe Stația Spațială Internațională și din misiunile Apollo pe Lună, unde practic nu există atmosferă, l-au fotografiat și descris astfel. Galbenul este ceva adăugat de atmosfera Pământului în drumul luminii către noi.

Fizica ce face Soarele să pară galben de la sol este aceeași fizică ce face cerul să pară albastru. Ambele provin dintr-un singur fenomen numit împrăștiere Rayleigh, numit după fizicianul britanic John William Strutt, al treilea baron Rayleigh, care a formulat ecuațiile în anii 1870 și a câștigat Premiul Nobel în 1904 pentru lucrări în domenii conexe. Cele două observații, cerul albastru și Soarele galben, nu sunt fapte separate. Sunt aceeași faptă privită din două perspective.

Ce conține de fapt lumina Soarelui

Soarele emite lumină pe întreg spectrul vizibil, de la violet, în jurul a 400 nanometri lungime de undă, până la roșu intens, în jurul a 700 nanometri. Intensitatea nu este perfect uniformă pe acest interval.

Vârful emisiei solare se află aproximativ la 500 nanometri, în zona verde a spectrului, corespunzător temperaturii de suprafață a Soarelui de aproximativ 5.800 kelvini. Totuși, spectrul este suficient de larg, iar sensibilitatea ochiului uman pe întregul interval vizibil este suficient de echilibrată, încât combinația tuturor acestor lungimi de undă este percepută de sistemul vizual uman ca fiind alb, nu verde sau altă culoare singulară.

„Temperatura de culoare” a Soarelui, în limbajul fizicii și al fotografiei, este practic aceeași cu standardul de balans de alb folosit de majoritatea camerelor.

Clasificarea „pitic galben” este o convenție astronomică ce nu descrie, de fapt, aspectul Soarelui. Ea se referă la poziția Soarelui în diagrama Hertzsprung–Russell a tipurilor de stele, unde stelele de tip G se află între stelele mai fierbinți și albăstrii de tip F și stelele mai reci și portocalii de tip K. „Galbenul” din denumire este comparativ, nu literal. Pentru ochiul uman, Soarele este alb.

De ce pare galben atunci când trece prin atmosferă

Atmosfera Pământului este compusă în principal din molecule de azot și oxigen, ambele mult mai mici decât lungimile de undă ale luminii vizibile. Când lumina solară intră în atmosferă, aceste molecule împrăștie lumina incidentă, redirecționând o parte din ea în toate direcțiile.

Conform explicației Observatorului Regal din Greenwich despre culoarea cerului, cantitatea de împrăștiere depinde puternic de lungimea de undă. Lungimile de undă mai scurte, din zona albastru-violet, se împrăștie mai mult decât cele mai lungi, din zona roșu-portocaliu. Dependența este accentuată: împrăștierea este aproximativ proporțională cu inversul puterii a patra a lungimii de undă, astfel încât lumina albastră de 400 nm se împrăștie de aproximativ nouă ori mai mult decât lumina roșie de 700 nm.

Aceasta are două consecințe. Prima este că cerul, privit din orice direcție în afară de cea direct spre Soare, apare albastru. Albastrul pe care îl vezi când privești cerul este lumină solară care a pornit din fasciculul direct al Soarelui și a fost împrăștiată lateral de moleculele de aer în câmpul tău vizual. Potrivit explicației introductive de la NASA Space Place, cerul ar părea violet în loc de albastru dacă nu ar exista două complicații: atmosfera superioară absoarbe o parte din violetul spectrului, iar ochiul uman este mai sensibil la albastru decât la violet. Rezultatul final este albastrul familiar.

A doua consecință este că fasciculul direct de lumină solară — partea care ajunge la ochiul tău fără a fi împrăștiată — este „gol” de acele lungimi de undă care au fost deviate. Mare parte din albastru și violet a fost redirecționată în altă direcție. Ceea ce rămâne este partea galbenă, portocalie și roșie a spectrului, ușor îmbogățită prin absența componentelor albastre. Culoarea aparentă a Soarelui se deplasează spre galben deoarece o parte din albastrul din lumina sa nu mai ajunge la observator pe traseul direct Soare–ochi.

Unghiul Soarelui contează

Efectul nu este constant. Cantitatea de împrăștiere depinde de grosimea stratului de atmosferă prin care trece lumina, iar aceasta depinde de poziția Soarelui pe cer. Când Soarele este direct deasupra capului la amiază, într-o zi senină, lumina parcurge cel mai scurt drum prin atmosferă. Împrăștierea este minimă, iar Soarele apare aproape alb. Observatorul Regal notează explicit acest lucru: la amiază, Soarele pare practic alb privit de la sol. Doar când Soarele este mai jos pe cer crește distanța parcursă prin atmosferă, împrăștierea se intensifică, iar culoarea aparentă se deplasează mai puternic spre galben, portocaliu și, în final, spre roșul intens al apusului.

La apus și răsărit, lumina trebuie să traverseze cel mai lung drum posibil prin atmosferă, iar până ajunge la orizont, cea mai mare parte din componentele albastre, verzi și chiar galbene au fost deja împrăștiate. Ceea ce rămâne este în principal roșu și portocaliu. Apusul roșu este aceeași împrăștiere Rayleigh ca cerul albastru, doar privită de la capătul opus al procesului. Lumina albastră eliminată din fasciculul direct luminează în acel moment cerul într-o altă direcție decât cea spre care privește observatorul.

Cum arată Soarele din alte locuri

Fotografii de pe Stația Spațială Internațională și din misiunile Apollo de pe suprafața Lunii arată Soarele ca un disc alb pe un cer negru. Luna nu are atmosferă care să împrăștie lumina albastră, iar astronauții aflați pe suprafața ei în timpul zilei au văzut un Soare alb, nu galben.

Același lucru este valabil pentru orice fotografie realizată de deasupra atmosferei, inclusiv observațiile solare făcute de sonde precum NASA Solar Dynamics Observatory, care imaginează Soarele în culori reale sau false în funcție de filtrele de lungime de undă utilizate.

Diferența dintre culoarea reală a Soarelui și culoarea pe care o percepem este unul dintre cele mai clare exemple ale unei observații cotidiene care se dovedește a fi un efect al atmosferei.

Soarele se comportă exact așa cum prezic legile fizicii stelare pentru o stea de tip corp negru la 5.800 K, emițând un spectru larg de lumină albă pe care ochiul uman o interpretează ca alb. Atmosfera noastră modifică apoi ușor această lumină în drumul ei spre noi, eliminând o parte din albastru și „colorând” cerul cu acesta. Soarele ajunge să pară ușor galben, iar cerul ajunge să pară distinct albastru. Este aceeași modificare, văzută din două perspective.