Täpsustusi valguse ja värvi loo kohta

Mõned täpsustused ja märkused Horisondi loo "Valgus ja värv looduses: halod" (http://www.horisont.ee/node/879) valguse hajumise kohta.

Meteoroloogias ja füüsikas eristatakse tegelikult kahte tüüpi hajumist (hajumise liike on muidugi rohkem, aga igapäevaelus on olulisemad elastset tüüpi), mis on määratud hajutavate osakeste suurusest: Mie ja Rayleigh hajumine (jutt on ainult elektromagnetlainete hajumisest!). Hajumine ise tähendab antud kontekstis valguse kõrvalekaldumist sirgjoonelisest levimisest. Hajumine teeb võimalikuks näiteks radarite töö (hajuvad raadiolained).

Mie hajumine tekib juhul, kui osakeste suurus on võrreldav hajuva valguse lainepikkusega (või suuremad), kuid seda tüüpi hajumisest saab juttu teha vaid siis, kui hajutavad osakesed on kerakujulised, näiteks udupiisad, kuid mitte ebakorrapärase kujuga (näiteks tolmukübemed õhus). Hajutavad osakesed on sellisel juhul umbes 20 mikromeetrise läbimõõduga. Mie hajumise korral hajuvad võrdselt kõik nähtava valguse lainepikkused ning just seetõttu näemegi näiteks rünkpilvi tavaliselt valgetena või udu piimjalt valkja ja helehallina (kui mingi lainepikkusega valguse hajumine oleks eelistatud, tunduks ka aerosool vastavat värvi). Rünkpilve alus on tume aga hoopiski valguse neeldumise tõttu, mitte aga mingi teise hajumistüübi tõttu, nagu vahel on kuulda olnud arvamusi.

Mie hajumisel kehtivad võrrandid tulenevad Maxwelli võrrandi lahendusest. Seejuures osakese suurus pole teatud juhtudel oluline, sest näeme ju vihmasaju korral ka valkjat hämu, mitte aga midagi muud, kuigi piiskade suurus on oluliselt suurem.

Rayleigh hajumise puhul osakese kuju pole oluline, aga sellest hajumisest saame rääkida ainult siis, kui hajutava osakese suurus on palju väiksem (suurusjärgus 10 korda) valguse lainepikkusest. Atmosfääris on selleks mitmesugused suspendeerunud tolmuosakesed, (mille tõttu näeme hommiku-ja õhtutaevast roosaka või punakana,) aga ka õhumolekulid, mille tõttu näeme selget taevast sinisena (hajutavate osakeste suurus on umbes kümnendikud mikromeetrid). Mingi teatud värv tuleb ilmsiks seetõttu, et Rayleigh hajumise puhul on tugev sõltuvus hajumise määra ja valguse lainepikkuse vahel (hajumise intensiivsus on pöördvõrdeline lainepikkuse neljanda astmega): mida lühem on valguse lainepikkus, seda tugevamini see hajub. Päeval on päike kõrgel ja valguse tee atmosfääris üsna lühike. Hajub eelkõige sinine valgus lühikese lainepikkuse tõttu (võib arvata, et UV-tundlikele organismidele särab selge taevas UV-toonides), kuid õhtul, kui päike on madalal ja valgus peab paksu õhukihi läbima, on intensiivse sinise valguse hajumise tõttu see ära jõudnud hajuda ja järgi jäänud ainult suure lainepikkusega valgus (kollane, oranž ja punane).

Kindlasti on paljud suvel näinud, et eemal silmapiiri lähedal asuv mets või künkad või üldse maastik hõljub justkui sinaka vine sees. See on tingitud mitte otseselt õhumolekulidest, vaid terpeenidest (teatav süsivesinik), mis tekivad taimede vegetatsiooni käigus. Terpeenid reageerivasd troposfääri osooniga ja moodustavad 0,2 mikromeetri suurused osakesed, mis põhjustavad intensiivse Rayleigh hajumise.

Laiemalt (mitte ainult elektromagnetlainetest rääkides) jaotatakse hajumised elastseteks ja mitteelastseteks. Nii Rayleigh kui Mie hajumine on elastsed, st, et lained ei muuda oluliselt hajutava osakesega kokku põrkudes selle (osakese) energiat. Muidu võiks ju rääkida sellest, et Rayleigh hajumise tõttu tõuseb õhutemperatuur ja Mie hajumise tõttu näiteks pilvede või udu temperatuur. Tegelikult on nende temperatuuri tõus eelkõige muust tingitud (näiteks pilvede ja udu tekkimisel vabaneb kondensatsioonisoojust jne).