Ursprunglig fråga:
Hur alstras det polariserade ljuset som kommer från himlen? Jag har studerat ljuset med hjälp av polarisationsfilter. Det är inte hela himlen som är polariserad utan polariseringen går som ett band över himlen, vinkelrätt mot solstrålarna, som ett bildäck. Det är tydligast på morgon och kväll, ett välkänt fenomen.

Min tolkning är följande. Det är det blå ljuset från himlen som är polariserat. Jag misstänker att det är syre, ozon eller kväve, alltså en molekyl med dubbel eller trippelbindningar, som svarar för polariseringen och skickar ut infallande ljus vinkelrätt mot infallsvinkeln. Om det infallande ljuset är blått, ultraviolett eller ännu kortvågigare har jag ingen idé om. Det blå ljuset på himlen kommer från ozon, men det är fluorescens. Det har nog inget med polariseringen av ljuset att göra.

Jag är pensionerad biologilektor från Polhemskolan här i Lund. Jag följer fågelsträcket i Falsterbo och läser om frågor om fåglarnas orientering, hobbyforskning. Fåglar uppfattar polariserat ljus. Läste på 70-talet 20 poäng fysik med resultatet mvg, och lite fysik sitter fortfarande kvar. Jag är tacksam för tips om litteratur om polarisering av himlen. Finns det någon som kan hjälpa mig? Mycket tacksam för någon form av svar.
/Ingvar l, f.d. Polhemskolan, Lund

Svar:
Ingvar! Vi har svarat flera gånger på frågan varför himlen är blå (se nedanstående avancerade sökning), men inte i detalj gått in på processen och varför det spridda ljuset är polariserat.

Anledningen till att himlen är blå är att solljuset (bestående av alla färger, dvs i princip vitt) sprids av luftens molekyler i en process som kallas Rayleigh-spridning (NE: spridning av ljus mot partiklar som är mycket mindre än ljusets våglängd, t.ex. luftens molekyler), se nedanstående figur. (Observera att solen är vit, inte gul!) Figuren ger också uttrycket för sannolikheten för spridning som funktion av spridningsvinkeln q och ljusets våglängd l.

Förutom några konstanter består spridningssannolikheten av två termer:

1/l⁴
Ljus av kort våglängd sprids allså mycket mer är ljus av lång våglängd. Om vi jämför blått ljus (4500 Å) med rött ljus (6500 Å) får vi förhållandet (6500/4500)⁴=4.4. Blått ljus sprids alltså betydligt mer än rött. Det är anledningen till att himlen ser blå ut.

(1 + cos²q)
Denna term säger att intensiteten av det spridda ljuset är minst 90^o från solen. I själva verket är intensiteten i 90^o precis hälften av intensiteten i 0^o. Detta ger en indikation av vad som orsakar denna term: polarisationen. Ljuset från solen är opolariserat och kan ses som två polarisationsriktningar med samma intensitet vinkelräta mot varandra. I 90^o kan endast den ena riktningen spridas. Intensiteten där blir alltså hälften. För att bekräfta teorin kan man kontrollera ljusets polarisation i olika riktningar (olika spridningsvinklar). Man finner då att polarisationsgraden är maximal 90^o från solen.

Fåglar, som kan uppfatta polarisation utan hjälpmedel (t.ex. polarisationsglasögon) kan alltså bestämma riktningen mot solen även när denna skyms av moln.

Kan man förstå varför bara den ena polarisationsriktningen kan spridas i 90^o? Ja, det är ganska lätt att ge en enkel bild av processen om man vet hur en dipol (enkel, rak sändarantenn) sänder ut strålning. En dipol strålar maximalt i 90^o och inte alls i 0^o.

Vi delar det infallande solljuset i två polarisationskomponenter - polarisationsriktningen för elektromagnetisk stålning är E-vektorns riktning: vinkelrätt mot synlinjen och parallellt med synlinjen. Ljus som faller in med polarisationsriktningen i synlinjen kommer att få elektroner att svänga i synlinjen. Dessa dipoler kan alltså inte stråla i synlinjen. Ljus som däremot faller in med polarisationsriktningen vinkerätt synlinjen kommer att få elektroner att svänga vinkelrätt mot synlinjen. Dessa dipoler kan alltså att stråla maximalt synlinjen. Alltså ser vi bara den senare hälften, och det spridda ljuset är polariserat.

Rayleigh-spridning är helt oberoende av vilka molekyler vi har eftersom alla molekyler är ungefär lika stora. Processen är alltså inte fluorescens (NE: en form av luminiscens [utsändande av ljus] från ett system) utan i princip elastisk spridning mot bollar utan inre struktur.

Se även snackset Varför är himlen blå? och nedanstående länk.

Nyckelord: blå himmel [12]; polarisation [7]; #ljus [63];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html

Avancerad sökning på '"himlen blå"' i denna databas