सूर्यास्त के समय आसमान लाल क्यों हो जाता है? (जबकि दिनभर यह नीला रहता है)

स्कॉलर प्लैनेट ब्लॉग | विज्ञान, आसान भाषा में

अभी ऊपर देखिए — या शाम तक इंतज़ार कीजिए। साफ़ दिन हो तो आसमान चमकीला नीला दिखता है। लेकिन सूर्यास्त से एक घंटा पहले वही आसमान धीरे-धीरे नारंगी, फिर लाल, और कभी-कभी गुलाबी-बैंगनी रंगों में बदल जाता है। सूरज वही है, आसमान वही है — फिर भी रंग बिल्कुल अलग।

तो असल में ऊपर हो क्या रहा है?

बदल रहा है आसमान नहीं, बदल रही है रोशनी

सूरज की रोशनी हमें सफ़ेद दिखती है, लेकिन असल में यह इंद्रधनुष के सभी रंगों — लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला और बैंगनी — का मिश्रण होती है। यह आप एक प्रिज़्म से खुद देख सकते हैं, या बारिश के बाद बनने वाले इंद्रधनुष में भी यह साफ़ नज़र आता है।

इनमें से हर रंग रोशनी की एक “तरंग” (wave) होता है, और हर तरंग की तरंगदैर्ध्य (wavelength) अलग होती है। बैंगनी और नीली रोशनी की तरंगदैर्ध्य छोटी और सिमटी हुई होती है। लाल और नारंगी रोशनी की तरंगदैर्ध्य लंबी और फैली हुई होती है।

यही तरंगदैर्ध्य का अंतर आसमान के रंग बदलने की पूरी वजह है।

मिलिए “रेले प्रकीर्णन” (Rayleigh Scattering) से — नाम से मत घबराइए

पृथ्वी का वायुमंडल खाली नहीं है — यह छोटे-छोटे गैस के अणुओं (मुख्यतः नाइट्रोजन और ऑक्सीजन) से भरा हुआ है। जब सूरज की रोशनी वायुमंडल से गुज़रती है, तो यह इन अणुओं से टकराकर अलग-अलग दिशाओं में बिखर जाती है — बिल्कुल वैसे ही जैसे कोई गेंद रुकावटों से टकराकर उछलती है।

यहाँ ज़रूरी बात यह है: जितनी छोटी तरंगदैर्ध्य होती है, उतनी ही आसानी से वह बिखरती है।

नीली और बैंगनी रोशनी, अपनी छोटी तरंगदैर्ध्य की वजह से, पूरे आसमान में बिखर जाती है। लाल और नारंगी रोशनी, लंबी तरंगदैर्ध्य होने के कारण, ज़्यादा बिखरे बिना सीधी निकल जाती है।

इसी प्रभाव को रेले प्रकीर्णन (Rayleigh Scattering) कहते हैं, जिसका नाम भौतिक विज्ञानी लॉर्ड रेले (Lord Rayleigh) के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1870 के दशक में इसके पीछे का गणित समझाया था।

(एक दिलचस्प बात: बैंगनी रंग तो नीले से भी ज़्यादा बिखरता है। फिर आसमान बैंगनी क्यों नहीं दिखता? क्योंकि हमारी आँखें नीले रंग के प्रति ज़्यादा संवेदनशील होती हैं, और कुछ बैंगनी रोशनी वायुमंडल की ऊपरी परतों में ही सोख ली जाती है। इसलिए नीला रंग जीत जाता है।)

तो दिन में आसमान नीला क्यों दिखता है?

दोपहर के समय सूरज लगभग सीधा सिर के ऊपर होता है। इसलिए सूरज की रोशनी को आपकी आँखों तक पहुँचने के लिए वायुमंडल की सबसे छोटी दूरी तय करनी पड़ती है। इस छोटे रास्ते में, नीली रोशनी हर दिशा में बिखरती है — जिसमें सीधे आपकी तरफ़ आना भी शामिल है। आप आसमान में जिस भी हिस्से को देखें, वहाँ से बिखरी हुई नीली रोशनी ही आपकी आँखों तक पहुँचती है। इसीलिए पूरा आसमान नीला दिखता है, न कि सिर्फ़ सूरज वाला हिस्सा।

फिर सूर्यास्त पर लाल-नारंगी रंग क्यों?

सूर्योदय और सूर्यास्त के समय सूरज क्षितिज (horizon) के बिल्कुल पास, नीचे होता है — सिर के ऊपर नहीं। इससे रोशनी के सफ़र में बड़ा फ़र्क़ आ जाता है।

अब सूरज की रोशनी को आपकी आँखों तक पहुँचने के लिए वायुमंडल का बहुत लंबा हिस्सा पार करना पड़ता है — इसे एक छोटी सीधी सीढ़ी की बजाय एक लंबी, तिरछी सुरंग जैसा समझिए।

इस लंबे रास्ते में:

• लगभग सारी नीली और बैंगनी रोशनी बहुत पहले ही बिखर जाती है और आपकी आँखों तक पहुँच ही नहीं पाती।
• लाल और नारंगी रोशनी, जिसकी तरंगदैर्ध्य लंबी होती है और जो आसानी से नहीं बिखरती, इस लंबे सफ़र के बाद भी सीधे आपकी आँखों तक पहुँच जाती है।

नतीजा यह होता है कि आपको वही रोशनी दिखती है जो बिखरी नहीं — और वह ज़्यादातर लाल, नारंगी और गुलाबी होती है। यही है सूर्यास्त का नज़ारा।

समझने का एक आसान तरीका

सोचिए कि सूरज की रोशनी कुछ धावकों (runners) का समूह है — नीले धावक और लाल धावक — जो सब आपकी आँखों तक पहुँचने की दौड़ लगा रहे हैं।

• दोपहर के समय, दौड़ का ट्रैक छोटा होता है। आसानी से भटकने वाले नीले धावक भी बिना ज़्यादा दिक्कत के फिनिश लाइन तक पहुँच जाते हैं। नतीजा: आसमान नीला दिखता है।
• सूर्यास्त के समय, ट्रैक बहुत लंबा हो जाता है। नीले धावक रास्ते में बार-बार भटक जाते हैं और कभी फिनिश लाइन तक नहीं पहुँच पाते। सिर्फ़ मज़बूत लाल और नारंगी धावक ही पूरा सफ़र तय कर पाते हैं। नतीजा: आसमान लाल दिखता है।

कुछ सूर्यास्त इतने शानदार क्यों दिखते हैं?

हर सूर्यास्त एक पेंटिंग जैसा नहीं दिखता। इसकी तीव्रता उस शाम वायुमंडल में मौजूद चीज़ों पर निर्भर करती है:

• धूल, धुआँ या प्रदूषण के कण भी रोशनी को बिखेरते हैं, और इससे लाल-नारंगी रंग और गहरे हो सकते हैं — इसीलिए धूल भरे दिन के बाद या शहरों के पास सूर्यास्त कभी-कभी बेहद चटख दिखता है।
• नमी और जलवाष्प रोशनी को अलग तरीके से बिखेरते हैं और रंगों को हल्का या धुंधला कर सकते हैं।
• बादल एक स्क्रीन की तरह काम करते हैं, जो लाल-नारंगी रोशनी को पकड़कर परावर्तित करते हैं — इसीलिए बिखरे हुए बादलों वाला आसमान अक्सर पूरी तरह साफ़ आसमान से भी ज़्यादा शानदार नज़ारा देता है।

यही वजह है कि वाराणसी में सर्दियों का सूर्यास्त मानसून के मौसम के सूर्यास्त से अलग दिखता है — क्योंकि वायुमंडल की स्थिति हर बार अलग होती है।

यह सिर्फ़ “जानकारी की बात” नहीं है

यह रोज़मर्रा की घटना — जिसे आपने हज़ारों बार बिना सोचे-समझे देखा होगा — असल में भौतिकी (Physics) के मूल सिद्धांतों का जीता-जागता उदाहरण है: तरंगदैर्ध्य, प्रकीर्णन, और रोशनी का पदार्थ से संपर्क। यही सिद्धांत कई और जगह भी काम करते हैं, जैसे:

• समुद्र और आसमान दोनों नीले क्यों दिखते हैं
• चाँद पर अंतरिक्ष यात्रियों को आसमान काला क्यों दिखता है (वहाँ वायुमंडल न होने से प्रकीर्णन भी नहीं होता)
• धुआँ दूर से नीला-सफ़ेद क्यों दिखता है, लेकिन सूरज की रोशनी के सामने वही धुआँ नारंगी क्यों दिखने लगता है

अगली बार जब भौतिकी की किसी पाठ्यपुस्तक में प्रकाश या ऑप्टिक्स (optics) का यह विषय आए, तो आप सिर्फ़ परिभाषा रटेंगे नहीं — आप पहले से ही इस घटना को अपनी आँखों से खिड़की के बाहर देख चुके होंगे।

खुद करके देखिए

अगली बार जब आसमान साफ़ हो, तो सिर्फ़ सूर्यास्त की तरफ़ नज़र डालने की बजाय पाँच मिनट रुककर उसे ध्यान से देखिए। ध्यान दीजिए कि सूरज के क्षितिज की ओर जाने के साथ-साथ आसमान का रंग कैसे बदलता जाता है। आप सिर्फ़ एक सुंदर नज़ारा नहीं देख रहे — आप भौतिकी को असल में घटित होते हुए देख रहे हैं, एक-एक बिखरते फ़ोटॉन के साथ।