Miksi taivas on sininen?

Helsingin Kaiku 4, 29.1.1910

Taivaan sini on vaihtelevaa, vaaleinta kirkkaassa päivänpaisteessa, tumminta tähtiöinä. Jos nyt ilmakehä yhyäkkiä katoaisi ja me voisimme jollain tavoin elää ilmattakin, niin näkisimme tähtien, kuun ja muiden taivaankappalten säteilevän aivan sysimustalta pohjalta. Musta se on sen vuoksi, ettei sillä suunnattomalla avaruudella, joka erottaa meidät auringosta ja tähdistä, ole itsellään mitään väriä.

Päivällä näemme vain auringon, joskus myöskin kuun, ja iltapuolella jonkun planeetin, joka loistaa erikoisen kirkkaasti.  Auringonsäteet, jotka heijastuvat kaikkialle, tekevät ilmakehän niin valoisaksi, että tähdet jäävät näkymättömiksi. Ellei ilmakehää olisi, kävisi auringonpaiste voimakkaammaksi ja liuikaisevammaksi. Jos kääntyisimme auringosta, näkisimme joukon tähtiä toisella puolella taivaanlakea.

Auringon laskettua päivä vaihtuisi heti yöksi. Hämärä johtuu siitä, että ilmapiirissä uiskentelevat lukemattomat tomuhiukkaset heijastavat auringon säteitä. Ilmapiirin puuttuessa ei olisi mitään hämärää; silmänräpäyksessä muuttuisi huikaiseva päivä synkäksi yöksi - ikäänkuin taikasauvan viittauksesta.

Mutta itse yö muuttuisi eniten. Ihmeellinen on taivas pimeinä öinä kimmeltävine tähtineen. Mutta silloin se olisi paljon  komeampi ja juhlallisempi. Moni luulee näkevänsä "tuhansia tähtiä".  Paria tuhatta enempää emme kuitenkaan voi paljaalla silmällä erottaa. Linnunrata näyttää valkimoivalta sumukaistaleelta, yksityisiä tähtiä ei saata niiden pienuuden tähden havaita. Ilmakehän kadottua taivaalla säteilisi miljoonia valoja. Silloin tähtitaivas olisi tosiaankin suuremmoinen. Tässä on edellytetty, ettei tähtien luku ole ääretön. Jos toiselta puolen olisi totta, että avaruus on ääretön (jota harvat astronomit nykyään uskovat) ja ettei eeterissä ole mitään valoa imevää ainetta, niin yö olisi yhtä valoisa kuin päivä. Silloin ei olisi mitään taustaa, ei sinistä eikä mustaa, määrättömät säteilevät tähdet peittäisivät koko taivaanlaen.

Sininen taivas on meidän oma ilmakehämme. Aurinko, kuu ja tähdet, jotka meistä näyttävät kuvastuvan tätä taustaa vastaan, sijaitsevat todellisuudessa kaukana sen takana. Ja tuo sininen taivas, joka näyttää niin perin etäiseltä, onkin lähin naapurimme, kenties puolentoista sadan kilometrin, parin tunnin rautatienmatkan päässä. Minkä vuoksi on taivas sininen? Kymmenen vuotta takaperin tähän kysymykseen olisi vastattu paljon varmemmin, kuin me nykyään voimme tehdä. V. 1675 arveli Isaac Newton ratkaisseensa arvoituksen, joka oli kaikkina aikoina houkutellut tiedemiehiä. Hänen huomionsa oli  kiinnittynyt saippuakuplien kauniisiin sinisiin väreihin. Hän otaksui ilmakehän yläosan olevan täynnä pieniä vesihöyry-hiukkasia. Ne heijastavat auringonvalon siniset säteet maahan, ja siten syntyy tuo kirkkaan sininen taivas, jota me niin ihailemme. John Herschel hyväksyi tämän teorian. Se voinee osaksi olla oikea, mutta nykyään tiedetään sen osuneen pääasiassa harhaan.

Tutkimusta jatkoi prof. Tyndall. Hän laati kuulijakuntansa nähtäväksi kappaleen sinistä taivasta. Se tapahtui v. 1869. Lasiputkesta, joka oli kolmen jalan pituinen ja kolme tuumaa läpimitaten, pumpattiin ilmaa, kunnes jälelle jäänyt oli tiiviydeltään kymmenen kertaa ohuempaa kuin meidän hengittämämme atmosfeeri. Tähän ohennettuun ilmaan, joka esitti atmosfeerin ylimpiä kerroksia, johdettiin nitroosista voihöyryä, joka on tavattoman haihtuvaista. Sitten laskettiin pimeään huoneeseen voimakas valonsäde tämän sekoituksen lävitse, ja silloin säteili lasiputkessa kaunis sininen taivas, jonka värit vetivät vertoja Italian ihanimmalle taivaalle.

Tyndallin teorian mukaan taivaan sini ei johtunut vesihiukkasista, kuten Newton oli luullut, vaan perin pikkuruisista tomujyväsistä, joita leijui ilmakehän yläkerroksissa. Vaikeata olisi saada käsiinsä tällaista hiukkasta, koska niiden sanotaan  olevan melkoista pienempiä kuin sadastuhannes osa tuuman paksuutta. Miljoonittain, triljoonittain niitä täytyy olla, paljon tiheämmässä ja paljon pienempiä kuin ne tomujyväset, joita päivänpaisteella näemme leijailevan huoneessamme. Toiset saattavat olla vettä, suuri osa maasta noussutta tomua, mutta kaikkein useimmat ovatäärimmäisiä atoomeja siitä hapesta ja typestä, jota me hengitämme.

Auringonsäde on kimppu erivärisiä valosäteitä, jotka yhdessä näyttävät silmissämme valkoiselta. Ne valoaallot, jotka kulkevat nopeimmin ja ovat aaltopituudeltaan lyhyimmät, tekevät sinisen vaikutuksen, pitemmät ja hitaammat käsitämme keltasiksi ja punasiksi. Näiden äärimmäisyyksien välillä on keskipitkiä aaltoja, jotka muodostavat spektrumin tai, käyttääksemme tunnettua ilmiötä, sateenkaaren kaikki muut värit.

Tyndall valaisi teoriaansa erinomaisella kuvalla. Lammikkoon putoo sadepisara. Se synnyttää aallon, joka on niin pieni, että reunalla sijaitseva hiekkajyvänen kykenee sen palauttamaan takaisin. Mutta lammikkoon heitetty raskas kivi synnyttää aallon, joka vyöryy hiekkajyvasen yli. Atoomiin osuessaan lyhyet, nopeat siniset valoaallot työntyvät takaisin toisia eeterissä uiskentelevia hiukkasia vastaan. Pitkät punaset aallot vyöryvät atoomin ylitse ja, menetettyään osan valoaan, tunkeutuvat atmosfeerin lävitse maahan. Lyhyet siniset aallot, jotka heijastuvat maan ilmakehän eri kerroksista, antavat etäiselle "taivaankannelle" sinisen värin.  Auringonvalo, joka saapuu silmiimme menetettyään osan sinisistä säteistään, näyttää meistä keltaselta tai punakellervältä, kuten se todella onkin.

Tämä teoria taivaan sinisestä väristä on pysynyt voimassa puolen vuosisataa, aina viime vuosiin asti. Lordi Rayleigh antoi laajoilla kokeillaan Tyndallin väitteelle hyvän tuen. Hän huomasi, että valon kulkiessa levottoman  väliaineen kautta heijastui suuri osa lyhyitä valoaaltoja. -Tämä saa aineen näyttämään punaselta valossa, joka käy sen lävitse, ja siniseltäheijastuneessa valossa.

Arvokkaita kokeita on tehnyt m. m. amerikkalainen tähteintutkija prof. Lee. Hänen menettelytapansa oli toisellainen. Huolellisesti tarkasteli hän taivaan väriä erilaisissa olosuhteissa, alangolta ja korkeiden vuorien huipulta, kuivissa maissa, kuten Egyptissä, ja oman maansa kosteimmilla tienoilla. Huomioidensa nojalla hän teki kaksi johtopäätöstä. Ensinnäkään ei vesihöyry, jonka Newton oli arvellut taivaan sinen aiheeksi, kohoa korkeimpiin ja ohuimpiin ilmakerroksiin. Pilviä ei näe koskaan ylempänä kuin kymmenen engl. peninkulman  päässä maasta, harvoin niinkään korkealla. Maata lähellä oleva vesihöyry ei synnytä taivaan sineä, vaan  auringon noustessa ja laskiessa huomaltavat punaset värit. Komeat päivänlaskut, johtuvat siitä, että ilmakehän vesihöyry imee itseensä siniset säteet ulottuu tuskin viiden engl. peninkulman päähän maanpinnasta.

Sininen taivas, s. o. auringon (ei tähtien) sininen valo, kestää prof. Leen huomioiden mukaan viisi neljännestuntia auringonlaskun jälkeen. Hän arvelee senvuoksi, että se muodostuu korkealla ilmakehässä, luultavasti siten, että valo heijastuu pienistä kappaleista.

 Tämä selitys on niin huolellisesti rakennettu ja lupaa vastata kaikkiin kysymyksiin, joten on melkein synti ryhtyä sitä tuhoamaan. Kuinka kaunis ja selvä tämä teoria onkaan! Sinisen taivaan synnyttävät lukemattomat  taoomit, jotka leijailevat ylimmissä ilmakerroksissa!

Mutta tiede ei ole lausunut viimeistä sanaansa tästä asiasta. Viime vuosina on melkoisesti järkytetty mainitun teorian perustuksia.

Onko niin varmaa, että todellakin on olemassa näitä lukemattomia hiukkasia? Me emme voi mitenkään tietää, uiskenteleeko niitä tuolla ylimmissä ilmakerroksissa; on mahdotonta päästä  sinne katsomaan. Mutta laboratoriokokeista tiedämme, kuinka hyvin ohennetut kaasut käyttäytyvät, ja me saatamme jäljitellä olosuhteita, jotka vallitsevat ylimmissä ilmakerroksissa.

Myöskin lienee syytä tarkastaa, kuinka ilmakerrokseen voi tulla sellaista tomua. Osa, mutta ei suinkaan riittävä määrä, on peräisin meteoreista, jotka tupsahtavat ilmakehään ja hajaantuvat kovan kuumenemisen  vaikutuksesta. Maasta sitä nousee joku verta tuulien ja lämpimien ilmavirtain mukana. Ja toisinaan maa itse  syöksee tulivuoriensa sisällön korkealle ilmaan. Mahtavat purkaukset, kuten Krakatuan sekä Mont Peleen, ja myöskin pienemmät, esim. Vesuviuksen ja Etnan, ovat lähettäneet ilmaan monta tonnia tomua.

Krakatua oli pieni saari Javan lähettyvillä. Muutamien uhkaavien enteiden jälkeen lennähti se elok. 17 p:nä 1883 ilmaan synnyttäen mitä hirveimmän pamahduksen. Bataviassa, 94 engl. peninkulman päässä, se oli  kerrassaan huumaavaa. Celebes-saarelta lähti kaksi laivaa liikkeelle ottamaan selkoa tuosta jylisevästä  pommituksesta. Kapteenit eivät aavistaneet sen olevan peräisin tulivuoresta, joka sijaitsi 970 engl. peninkulman päässä. Länsi-Australiassa ihmiset pelästyivät tästä melskeestä, joka oli syntynyt 1700 peninkulman etäisyydessä. Ja onpa todisteita siitä, että niinkin kaukana kuin 2998 engl. peninkulman päässä kuultiin pauketta, "ikäänkuin olisi etäällä ammuttu raskailla tykeillä".

Vuorenhuippuja luhistui, saaria hävisi meren kuumaan helmaan, mistä uusia nousi esiin. Sundasalmen majakat keikahtivat kumoon perustuksiltaan. Mutta hirmuisimpia tuhoja tuottivat ne suunnattomat meren aallot, jotka syntyivät tästä vedenalaisesta räjähdyksestä. Nuo 50, jopa 72 jalan korkuiset vesihirviöt vyöryivät yli maa-alueiden, huuhtoen mukanaan kaupunkeja ja kyliä. Sotalaiva Berouw joutui Sumatrassa maalle 2 km. päähän rannikolta, 30 jalkaa meren pinnan yläpuolelle. Tässä onnettomuudessa saikin surmansa noin 36,800 henkeä.

Ne suunnattomat tomumäärät, jotka tällöin syöksyivät ilmaan, saivat tietysti aikaan suuria vaikutuksia. Saaren ympäristössä vallitsi monen peninkulman päässä syvä pimeys. Sumatralla oli ilma kello 10 aamulla niin täynnä tomua,  että tuntui olevan yö käsissä. Tulivuoresta lähtenyt ainemäärä on arveltu kuutiopeninkulman (engl.)
suuruiseksi. Raskaat palat putoilivat pian alas, mutta äänettömät määrät holikakivi-tomua kohosivat korkealle ja kiersivät ilmavirtojen mukana ympäri maapallon. Krakatuan purkausta seurasi sarja suuremmoisiaauringonlaskuja, jotka aiheutuivat juuri näistä tomupilvistä.

Mutta vaikka sellaisia räjähdyksiä olisikin useita,  ei kuitenkaan saataisi kyllin tomua sinistä taivastamme varten. Ja sitäpaitsi sattuu vain poikkeustapauksissa, että maasta lähteneet tomuhiukkasetkohoavat muutamaa tuhatta jalkaa ylemmäksi. Maan vetovoima ja atmosfeerin sähköisyys saa ne painumaan jälleen alas. Krakatuaräjähdyksen jälkeiset komeat aamu- ja iltaruskot olivat ohimenevä ilmiö. Otettakoon myöskin huomioon, että kaikki se tomu, mikä silloin syöksyi ilmaan, tosin täytti laivaan verenkarvaisilla väreillä auringon noustessa ja laskiessa, mutta ei tehnyt sitä sinisemmäksi.

Tomuhiukkasia ei siis voi ottaa lukuun. On myöskin huolellisesti tutkittu, eivätkö itse ilman molekyylit riittäisi synnyttämään sinisten säteiden heijastusta. Kysymys on liian vaikea tässä käsiteltäväksi. Mainittakoon vain, että kokeista on saatu kielteiset tulokset.

Uusin kaikista on eräs kemiallinen teoria. Se on vielä epätäydellinen, mutta se kenties ratkaisee problemin oikein. Taivas on sininen, koska se on sininen. Ja kun oikein ajattelee, niin tämä selitys on yksinkertaisin kaikista. Toisin sanoin, sininen väri on siinä riippumaton mistään heijastuksesta. Mutta epäilemättä on olemassa myöskin sinisten säteiden heijastusta, muuten ei meillä olisi hämärähetkiä.

Tomuhiukkaset eivät ole syynä taivaan siniseen väriin. Mutta ne voivat tehdä sen enemmän tai vähemmän tummaksi ja vaikuttavat siis osaltaan niihin muutoksiin, jotka me tunnemme.

Problemi ei ole kuitenkaan lähimainkaan tyydyttävästi ratkaistu. Jos ken teiltä kysyisi, miksi taivas on sininen, niin parasta on vastata: sitä en tiedä!