ทำไมท้องฟ้ายามเย็นถึงเปลี่ยนเป็นสีส้มแดง

ท้องฟ้าตอนกลางวันเป็นสีฟ้า แต่พอพระอาทิตย์ใกล้ลับขอบฟ้ากลับค่อย ๆ เปลี่ยนเป็นเหลือง ส้ม แดง บางวันลามไปถึงชมพูและม่วง ทั้งที่แสงยังมาจากดวงอาทิตย์ดวงเดิม สิ่งที่เปลี่ยนไม่ใช่สีของดวงอาทิตย์ แต่เป็นระยะทางและมุมที่แสงต้องเดินทางผ่านบรรยากาศก่อนมาถึงตาเรา

แสงอาทิตย์ที่ดูเหมือนสีขาวประกอบด้วยแสงหลายสี แต่ละสีมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน แสงม่วงและน้ำเงินมีความยาวคลื่นสั้นกว่า ส่วนแสงส้มและแดงมีความยาวคลื่นยาวกว่า เมื่อแสงเดินทางเข้าสู่บรรยากาศ มันจะชนกับโมเลกุลของก๊าซ ฝุ่น ละอองน้ำ และอนุภาคเล็ก ๆ แล้วบางส่วนถูกกระจายออกไปคนละทิศทาง

ช่วงกลางวัน ดวงอาทิตย์อยู่สูง แสงเดินทางผ่านบรรยากาศเป็นระยะค่อนข้างสั้น โมเลกุลของไนโตรเจนและออกซิเจนกระเจิงแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นได้ดีกว่าแสงคลื่นยาว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระเจิงแบบเรย์ลีห์ แสงสีน้ำเงินจึงถูกกระจายเต็มท้องฟ้าและเดินทางเข้าตาเราจากหลายทิศ เราจึงมองพื้นที่รอบดวงอาทิตย์เป็นท้องฟ้าสีฟ้า

พอถึงยามเย็น ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำใกล้ขอบฟ้า แสงไม่ได้ลงมาหาเราในแนวสั้น ๆ เหมือนตอนเที่ยง แต่ต้องเฉียงผ่านบรรยากาศเป็นระยะทางยาวขึ้นมาก ระหว่างทาง แสงสีม่วง น้ำเงิน และเขียวจำนวนมากถูกกระเจิงออกจากแนวที่พุ่งตรงมาหาตา เหลือแสงคลื่นยาวอย่างเหลือง ส้ม และแดงเดินทางมาถึงเราเด่นกว่า ทิศตะวันตกจึงดูเหมือนถูกย้อมด้วยสีอุ่น

คำว่าแสงสีน้ำเงินถูกกระเจิงออกไป ไม่ได้หมายความว่ามันหายไป แสงเหล่านั้นยังเดินทางไปทางอื่น บางส่วนทำให้ท้องฟ้าบริเวณอื่นยังเห็นเป็นฟ้าอยู่ ขณะที่คนซึ่งมองตรงไปทางดวงอาทิตย์ตกได้รับแสงส้มแดงมากกว่า มุมมองของผู้สังเกตจึงเป็นส่วนหนึ่งของภาพที่เห็น

ถ้าแสงม่วงมีความยาวคลื่นสั้นกว่าสีน้ำเงินและถูกกระเจิงได้มากกว่า ทำไมท้องฟ้าจึงไม่เป็นสีม่วง เหตุผลมาจากหลายอย่างรวมกัน แสงอาทิตย์มีพลังงานในช่วงสีม่วงที่มาถึงพื้นโลกน้อยกว่า ดวงตาของมนุษย์ไวต่อสีน้ำเงินมากกว่า และแสงบางส่วนในช่วงม่วงถูกดูดกลืนในบรรยากาศ ภาพที่สมองรับรู้จึงออกมาเป็นสีฟ้ามากกว่าสีม่วง

เมฆมีบทบาทเหมือนฉากรับแสง เมฆที่อยู่สูงยังอาจได้รับแสงอาทิตย์ แม้พื้นดินตรงจุดที่เรายืนจะเริ่มมืดแล้ว ด้านล่างของเมฆจึงติดสีส้ม แดง หรือชมพู หากเมฆกระจายตัวพอดีจะเกิดลวดลายเป็นชั้นและมีมิติ แต่ถ้าเมฆหนาทึบปิดขอบฟ้าทั้งหมด แสงสีอุ่นอาจผ่านขึ้นไปไม่ถึง ท้องฟ้ายามเย็นก็กลายเป็นสีเทาโดยไม่มีช่วงสีสดให้เห็น

ฝุ่น ควัน เกลือทะเล และละอองขนาดเล็กในอากาศก็เปลี่ยนสีและความเข้มของพระอาทิตย์ตกได้ อนุภาคบางขนาดช่วยกระเจิงแสงสีน้ำเงินออกไปมากขึ้น ทำให้แดงหรือส้มเด่น แต่ไม่ได้แปลว่าท้องฟ้าแดงสวยคือหลักฐานว่าอากาศเสียเสมอไป บางวันอากาศค่อนข้างสะอาดก็มีสีสดได้จากความชื้น เมฆสูง และตำแหน่งของชั้นบรรยากาศ ส่วนวันที่มีฝุ่นหนามาก ภาพอาจขุ่นซีด ดวงอาทิตย์มัว และมองระยะไกลไม่ชัดแทน

หลังดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้าไปแล้ว ท้องฟ้ายังไม่มืดทันที เพราะแสงยังส่องบรรยากาศชั้นบนและถูกกระจายกลับลงมา ช่วงนี้เรียกว่าแสงสนธยา สีที่เห็นจึงค่อย ๆ ไล่จากส้มแดงใกล้ขอบฟ้า ไปเป็นชมพู ม่วง และน้ำเงินเข้มด้านบน เมื่อดวงอาทิตย์ลดต่ำลงไปอีก ชั้นบรรยากาศที่ยังรับแสงมีน้อยลง สีอุ่นก็ค่อย ๆ จางจนเข้าสู่กลางคืน

สีของพระอาทิตย์ขึ้นเกิดด้วยหลักเดียวกัน เพราะดวงอาทิตย์อยู่ต่ำและแสงต้องผ่านบรรยากาศเป็นระยะยาว ความต่างที่รู้สึกได้มาจากสภาพอากาศในแต่ละช่วง เช้าบางวันอากาศนิ่ง ความชื้นสูง หรือมีหมอก ส่วนช่วงเย็นอาจมีฝุ่นและละอองที่สะสมจากกิจกรรมตลอดวัน จึงทำให้ความสดและโทนสีไม่เหมือนกัน แม้กลไกพื้นฐานจะเป็นเรื่องเดียวกัน

ภูมิประเทศยังช่วยเปลี่ยนภาพที่ตาเห็น ริมทะเลมีขอบฟ้าเปิดจึงมองเส้นทางของแสงได้ไกล เมืองมีฝุ่น อาคาร และไอร้อนแทรกอยู่ ส่วนภูเขาอาจบังดวงอาทิตย์ก่อนจะลงถึงขอบฟ้าจริง สีจึงเริ่มและจบต่างเวลา การอยู่บนที่สูงยังทำให้มองเห็นเมฆและชั้นหมอกที่รับแสงจากมุมอื่น เพิ่มสีหลายชั้นให้ท้องฟ้าได้

กล้องโทรศัพท์อาจทำให้สีต่างจากที่ตาเห็น เพราะระบบปรับสมดุลสีขาว การชดเชยแสง และการประมวลผลภาพพยายามรักษารายละเอียดทั้งส่วนสว่างกับส่วนมืด บางเครื่องเร่งสีส้มแดงให้สด บางเครื่องลดความอุ่นจนท้องฟ้าดูซีด หากถ่ายคนละเครื่องในเวลาเดียวกันจึงอาจได้พระอาทิตย์ตกคนละโทน ทั้งที่ยืนข้างกัน

สีส้มแดงยามเย็นจึงเกิดจากแสงอาทิตย์ที่ต้องเดินทางไกลผ่านบรรยากาศ แสงคลื่นสั้นถูกกระเจิงออกจากแนวสายตามาก เหลือแสงคลื่นยาวเดินทางมาถึงเรา เมฆ ฝุ่น ความชื้น และมุมมองช่วยแต่งรายละเอียดให้แต่ละวันไม่ซ้ำกัน ภาพพระอาทิตย์ตกที่เห็นไม่ใช่ดวงอาทิตย์เปลี่ยนสี แต่เป็นบรรยากาศโลกกำลังคัดและกระจายสีต่าง ๆ จากแสงขาวให้เราเห็นทีละช่วง

อ้างอิงข้อมูล
https://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
https://weather.metoffice.gov.uk/learn-about/weather/optical-effects/why-is-the-sky-blue
https://www.nesdis.noaa.gov/about/k-12-education/atmosphere/why-the-sky-blue