Vì sao bầu trời có màu xanh nhưng không gian lại màu đen?

1. Bầu trời là gì?

Bầu trời là một phần của không gian hoặc là một phần của khí quyển, được quan sát từ bề mặt của các hành tinh. Là không gian rộng lớn bao gồm Mặt Trời, Mặt Trăng và các vì sao.

Do khi vào ban ngày có sự tán xạ bức xạ Mặt Trời của các thành phần trong khí quyển nên khi bầu trời được quan sát từ Trái Đất sẽ có màu xanh lơ. Khi vào ban đêm, bầu trời có màu đen cùng với các ngôi sao rải rác.

Vào ban ngày, ta có thể nhìn thấy được Mặt Trời, trừ trường hợp có nhiều mây che phủ thì ta sẽ không nhìn thấy. Vào ban đêm hoặc khi trời bắt đầu chạng vạng, ta có thể quan sát được Mặt Trăng và các ngôi sao cùng với các hành tinh. Bên cạnh đó, còn có một số hiện tượng tự nhiên xuất hiện trên bầu trời như mây cầu vồng, và cực quang vào ban đêm nhưng ta khó có thể quan sát thấy được.

Bầu trời bao gồm một số các thành phần như thuật ngữ địa chất, khí quyển, trái đất được bao quanh bởi bầu khí quyển. Khí quyển bao gồm chủ yếu là oxy (chiếm khoảng 20,9%), nitơ (chiếm 78,1%), argon (chiếm 0,93%), ngoài ra còn có một lượng nhỏ carbon dioxide, khí hiếm và hơi nước. Mật độ không khí trong khí quyển sẽ giảm dần theo độ cao, càng lên cao không khí sẽ càng bị loãng. Khí quyển có độ dày khoảng 1000km (có thể hơn) và không có ranh giới rõ ràng. 

2. Không gian là gì?

Không gian hay còn được gọi là không gian ở bên ngoài, đây là khoảng trống tồn tại giữa các thiên thể, bao gồm cả Trái Đất. Không gian bao gồm một chân không cứng, gồm một mật độ hạt thấp, và chủ yếu là một plasma của hydro và heli. Không gian cũng bao gồm từ bức xạ điện từ, từ trường, neutrino, bụi và các cả tia vũ trụ.

Khoảng không gian liên vũ trụ chiếm hầu hết khối lượng của vũ trụ. Ở hầu hết các thiên hà thì có khoảng 90% khối lượng ở dạng chưa biết gọi là vật chất tối, thông qua lực hấp dẫn nó tương tác với vật chất khác.

Không gian gần Trái đất được phân loại thành nhiều loại thiên văn hoặc tiêu chuẩn. Người ta thường chấp nhận rằng không gian bắt đầu ở đường Kármán trên Trái Đất.

Không gian vũ trụ là khu vực không gian gần hành tinh của chúng ta, bao gồm cả vùng trên của bầu khí quyển và từ quyển.

Không gian liên hành tinh là không gian xung quanh các hành tinh và Mặt trời có trong hệ mặt trời. Nó có một dòng liên tục của các hạt tích điện từ mặt trời, được gọi với cái tên là gió mặt trời, tạo ra một bầu không khí rất mỏng.

Khoảng cách giữa các không gian là khoảng không gian vật chất có trong một thiên hà không bị các hệ thống hành tinh hoặc sao. Nó lan tới các cạnh của thiên hà và biến mất trong không gian giữa các thiên hà. Không gian liên vũ là không gian giữa các thiên hà. Điều này có khoảng trống vũ trụ giữa các cấu trúc quy mô lớn trong vũ trụ.

3. Tại sao bầu trời có màu xanh nhưng không gian lại là màu đen?

Ánh sáng là một loại năng lượng có thể di chuyển với tốc độ cực nhanh ở trong không gian. Ánh sáng từ Mặt Trời hoặc bóng đèn nhìn thì có vẻ trắng, nhưng nó thực chất đó chính là sự pha trộn của nhiều màu sắc với nhau như màu lục, lam và màu tím. Khi ta nhìn vào cầu vồng ở trên bầu trời thì bạn có thể quan sát được những màu sắc này.

Bầu trời vốn là một nơi chứa rất nhiều không khí, nghĩa là xung quanh chúng ta là bầu khí quyển. Nó chính là hỗn hợp của các phân tử khí cực nhỏ và các mảnh nhỏ của chất rắn, như bụi.

Vào ban ngày khi ánh sáng Mặt Trời đi qua không khí, ánh sáng đó va vào các phân tử khí quyển và hạt nhỏ trong khí quyển. Và khi chiếu vào một phân tử khí, nó có thể bật ra theo một hướng khác. Một số màu sắc của ánh sáng Mặt Trời như màu đỏ và màu cam thì sẽ truyền thẳng vào trong không khí. Nhưng hầu hết ánh sáng xanh sẽ phản xạ lại theo mọi hướng. Do bước sóng nhỏ và nhanh mà ánh sáng xanh bị phân tán ở khắp bầu trời tạo cho bầu trời có một màu xanh lam.

Do đó, khi bạn nhìn lên bầu trời vào ban ngày thì ánh sáng xanh này sẽ chiếu thẳng tới mắt của bạn, vì mắt của con người cảm nhận được ánh sáng xanh khá tốt. Đấy chính là lý do tại sao bạn lại có thể nhìn thấy được ánh sáng xanh ở trên bầu trời. Còn trong không gian, không có không khí, không có gì để ánh sáng phản xạ lại, cho nên ánh sáng chỉ đi được thẳng. Do đó ánh sáng không bị tán xạ và “bầu trời” nhìn trông tối và đen.

Do quy luật của ánh sáng nên vũ trụ luôn luôn tồn tại bởi một màu đen. Con người chỉ nhìn thấy được một vật, trong trường hợp ánh sáng từ vật thể đó chiếu tới mắt của con người và hình ảnh con người thấy tương quan với kích thước của nó. Bởi vì ở quá xa so với chúng ta nên những ngôi sao ở trên bầu trời dù có nhiều đến đâu và sáng đến mấy thì khi chúng ta nhìn vào cũng chỉ là những đốm sáng trong vũ trụ rộng mênh mông.

Khi ánh sáng chiếu vào và bật ra khỏi thứ gì đó, thì bầu khí quyển cho phép “tán xạ” và khả năng nhìn thấy màu sắc của mắt ta. Không gian bao quanh trông có vẻ tối đen vì không có bầu không khí đủ mạnh để gây ra sự tán xạ.

Ngoài ra, trong quang phổ Mặt Trời tỷ lệ màu tím tương đối thấp và phần lớn do tầng ozôn hấp thụ ánh sáng tím và tia cực tím phần còn lại bị màu lục lam chi phối, do vậy bầu trời sẽ có màu xanh lam mà không phải màu tím.

Nói tóm lại, các phân tử khí quyển và các hạt nhỏ trong khí quyển cùng nhau tương tác với ánh sáng Mặt Trời tạo thành hiện tượng tán xạ do tính không đồng nhất của môi trường tạo cho bầu trời quang đãng có màu xanh lam.