നീലാകാശവും റെയ്‌ലെ വിസരണവും

അനു ബി. കരിങ്ങന്നൂർ
ഐ.ഐ.ടി.  ചെന്നൈ

ദൃശ്യ പ്രകാശമെന്നത് വൈദ്യുത കാന്തിക സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ ചെറിയൊരു ഭാഗമാണ്. വ്യത്യസ്ത തരംഗ ദൈർഘ്യമുള്ള (അഥവാ ആവൃത്തിയുള്ള ) പ്രകാശ തരംഗങ്ങളാണ് വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങളിൽ കാണുന്നത്. നമ്മുടെ കണ്ണുകൾ കൊണ്ട് കാണാൻ കഴിയുന്ന പ്രകാശം വയലറ്റ് മുതൽ ചുവപ്പ് വരെയുള്ള വർണ്ണരാജിയാണ്. എന്നിട്ടും നാം ആകാശത്തു നീലനിറം മാത്രം കാണുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ്? പ്രകാശത്തിന്റെ വിസരണമാണ് ഇതിനു കാരണം.

ചെറിയ ചെറിയ കണങ്ങളില്‍ തട്ടി പ്രകാശം പ്രതിഫലിച്ചു പോകുന്ന പ്രതിഭാസമാണ് വിസരണം (scattering). സൂര്യപ്രകാശം അന്തരീക്ഷത്തിലൂടെ കടന്നു വരുമ്പോൾ പലതരം തന്മാത്രകളിൽ തട്ടി വിസരണം സംഭവിക്കുന്നു. എന്നാൽ ഈ വിസരണത്തിന്റെ അളവ് എല്ലാ നിറങ്ങൾക്കും ഒരുപോലെയല്ല. തരംഗ ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ പ്രകാശത്തിന് കൂടുതലായി വിസരണം സംഭവിക്കുന്നു. വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ, നീല, പച്ച, മഞ്ഞ, ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് എന്ന ക്രമത്തിലാണ് തരംഗദൈർഘ്യം കൂടിക്കൂടി വരുന്നത്. വയലറ്റ് , നീല, പച്ച തുടങ്ങിയ നിറങ്ങള്‍ക്ക് ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് എന്നീ നിറങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് വിസരണം കൂടുതലാണ്. അന്തരീക്ഷത്തിലെ നീല നിറത്തിന് കൂടുതലായി വിസരണം സംഭവിക്കുന്നത് കൊണ്ടാണ് ആകാശം നീല നിറത്തിൽ കാണുന്നത്.

സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ വർണ്ണരാജിയിൽ വയലറ്റ്, ഇൻഡിഗോ നിറങ്ങൾ താരതമ്യേനെ കുറവാണ്. പകൽ സമയത്തു സൂര്യ പ്രകാശം അധികം ചരിവില്ലാതെ ഭൂമിയിലേക്ക് വരികയാണെന്നതിനാൽ അന്തരീക്ഷത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം കുറവാണ്. എന്നാൽ പ്രഭാതത്തിലും സന്ധ്യയിലും സൂര്യപ്രകാശത്തിനു അന്തരീക്ഷത്തിലൂടെകൂടുതൽ ദൂരം സഞ്ചരിക്കേണ്ടി വരുന്നു. ആ യാത്രയിൽ തരംഗ ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ പ്രകാശങ്ങൾ ചിതറി തെറിച്ചു പോവുകയും തരംഗ ദൈർഘ്യം കൂടിയ ഓറഞ്ച്, ചുവപ്പ് നിറങ്ങൾ മാത്രം ഭൂമിയിലേക്ക് എത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. അങ്ങനെയാണ് സന്ധ്യയിലും പ്രഭാതത്തിലും സൂര്യൻ ചുവന്ന നിറത്തിൽ കാണുന്നത്. വിസരണം സംഭവിച്ച തരംഗദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ നീല ഭാഗത്തെ കിരണങ്ങൾ അന്തരീക്ഷത്തിൽ വ്യാപിച്ച് പ്രതിഫലിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ ആകാശം നീല നിറത്തിലും കാണുന്നു.

ലോർഡ് റെയ്‌ലെ

1887 ൽ ലോർഡ് റെയ്‌ലെയാണ് (The Lord Rayleigh 1842-1919) ആദ്യമായി പ്രകാശത്തിന്റെ വിസരണത്തെ കുറിച്ച് വിശദീകരിച്ചത്. ഈ പ്രതിഭാസത്തെ റെയ്‌ലെ വിസരണം എന്ന് പറയുന്നു. പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗ ദൈർഘ്യത്തേക്കാൾ ചെറുതായ കണികകളിൽ തട്ടുമ്പോഴാണ് റെയ്‌ലെ വിസരണം നടക്കുന്നത്.

ഇത്തരം ചെറിയ വസ്തുക്കളിൽ തട്ടി പ്രകാശത്തിന് വിസരണം സംഭവിക്കുന്നത്, പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗ ദൈർഘ്യത്തിന്റെ നാലാം വർഗത്തിന് വിപരീതാനുപാതത്തിലാണെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷത്തിലെ പൊടിപടലങ്ങളാണ്‌ ഇത്തരത്തിൽ വിസരണത്തിന് പ്രധാന കാരണമാകുന്നത് എന്നായിരുന്നു ആദ്യകാല നിഗമനങ്ങൾ. പിന്നീട് 1911ൽ ആൽബർട്ട് ഐൻസ്റ്റൈനാണ് അന്തരീക്ഷത്തിലെ ഓക്‌സിജൻ, നൈട്രജൻ തന്മാത്രകളാണ് ഈ വിസരണത്തിലെ പ്രധാന ഹേതു എന്ന് കണ്ടെത്തിയത്.

സൂര്യാസ്തമത്തിനു ശേഷം ഈ പ്രതിഭാസം വളരെ വ്യക്തമാണ്. ഈ ചിത്രം സൂര്യാസ്തമയത്തിനു ശേഷം ഒരു മണിക്കൂർ കഴിഞ്ഞുള്ളതാണ്.

ആകാശ നീലിമ തേടിപ്പോയ ജോൺ ടിൻഡൽ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ ചുവടു പിടിച്ചാണ് റെയ്ലെ പ്രകാശത്തിന്റെ സുപ്രധാനമായ ഈ പ്രത്യേകത കണ്ടെത്തിയത്. ടിൻഡൽ ഒരു സസ്‌പെൻഷൻ ദ്രാവകത്തിലൂടെ പ്രകാശം കടന്നുപോകുമ്പോൾ, പ്രകാശം യാത്ര തുടങ്ങിയ ഭാഗത്തു നീലനിറവും മറുവശത്തു ചുവപ്പുനിറവും നിരീക്ഷിച്ചു. ഈ പ്രതിഭാസത്തിന് അദ്ദേഹം ‘ടിൻഡൽ പ്രഭാവം’ എന്ന് പേര് നൽകി. പിന്നീട് വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷമാണ് റെയ്ലെ, ഈ ടിൻഡൽ പ്രതിഭാസത്തിന്റെ വിശദാംശങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയത്.

1842 നവംബർ 12 നു ബ്രിട്ടനിലാണ് റെയ്‌ലെ ജനിച്ചത്. കുട്ടിക്കാലത്ത് അനാരോഗ്യം കൊണ്ട് പലതവണ പഠനം മുടങ്ങിപ്പോയ കുട്ടിയായിരുന്നു റെയ്‌ലെ. പിൽക്കാലത്ത്, ട്രിനിറ്റി കോളേജിൽ നിന്നും ഗണിത ശാസ്ത്രത്തിൽ ബിരുദം നേടി. കേംബ്രിഡ്ജ് സർവകലാശാലയിലെ രണ്ടാമത്തെ കാവെൻഡിഷ്‌ പ്രൊഫസറായി പ്രവർത്തിച്ചു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആദ്യകാല ഗവേഷണം ഗണിത ശാസ്ത്രത്തിലായിരുന്നു. പിന്നീട്, ഭൗതികശാസ്ത്ര മേഖലയിലേക്ക് തിരിഞ്ഞു. ശബ്ദത്തിന്റെ തിയറി, വാതകങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത, പ്രകാശ വിസരണം, ദ്രാവകങ്ങളുടെ ചലനം, കേശികത്വം, വിസ്കോസിറ്റി തുടങ്ങിയ എല്ലാ മേഖലകളിലും അദ്ദേഹം ശ്രദ്ധേയമായ ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്. 1904 ൽ ഭൗതിക ശാസ്ത്ര നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. 1919 ജൂൺ 30ന് അദ്ദേഹം ഈ ലോകത്തോട് വിട പറഞ്ഞു.

Leave a Reply