Vì sao bầu trời, nước biển màu xanh (blue) ? Rayleigh Scattering

Đầu tiên, về quan niệm sai lầm khi cho rằng do bầu trời xanh nên nước biển xanh, hay ngược lại đều là chưa chính xác. Hai hiện tượng này độc lập với nhau, nhưng cùng chung một nguồn gốc. Muốn hiểu bản chất ta cần tìm hiểu về Tiêu chuẩn Rayleigh Scattering (Hóa keo), theo đó, trong một hệ huyền phù huyền phù, có các hạt nhỏ lơ lửng, hệ này không cho mọi ánh sáng truyền thẳng (intransparent, không trong suốt). Tiêu chuẩn này đề xuất ánh sáng và phân tử nhỏ đó có tương tác, gây lên tán xạ ( scattering) tia sáng đi, tần số tán xạ tỉ lệ nghịch với bậc 4 của bước sóng. Bước sóng càng ngày thì cường độ ánh sáng tán xạ (scattering light) càng cao.

Do vậy, môi trường nước biển (hay bầu trời) đều bao gồm các phần tử nhỏ lơ lửng tại thành một hệ như Rayleigh đề xuất. Ánh sáng mặt trời bao gồm các dải bước sóng từ 380 -700 nm, trong đó đỏ, cam, vàng có bước sóng dài nên dễ dàng bị hấp thụ, ít tán xạ. Trong khi đó ánh sáng xanh blue có bước sóng ngắn hơn, cường độ scattering cao hơn nên mắt ta dễ nhận biết màu xanh hơn. Ước tính, bước sóng 400nm có cường độ scattering cao hơn 9.8 lần bước sóng ánh sáng đỏ (700nm). Việc hiểu tiêu chuẩn Rayleigh scattering cần đi sâu vào bản chất tương tác ánh sáng vs hạt, tương tác điện từ, và tính đẳng hướng để đi xa hơn vào ngành phân tích chất rắng với Phổ Raman, phổ hồng ngoại (IR).