Su ve buz renksiz olmasına karşın kar neden beyazdır?
Kış aylarının en sevilen yönlerinden birisi de hiç kuşkusuz her yeri kaplayan karın bembeyaz bir görüntüye neden olmasıdır. Soğuğu sevmeyenler bile karın bu muhteşem görüntüsüne bayılır. Hele ki sabah uyandığınızda sürpriz bir şekilde beyaz bir örtü gibi her yeri kaplamış karın sevinci bizi alır çocukluğumuza götürür. Bembeyaz olan bu görüntüye hepimiz bayılıyoruz ancak burada merak uyandıran bir nokta var: Su ve buz renksiz olmasına karşın kar neden beyazdır?
Kar, suyun donmuş halidir. Donmuş su yani buz renksizken kar beyaz görünür. Bu durumun nedeni buz kristalleri ile kar tanelerinin ışıkla farklı şekillerde etkileşmeleridir.
Renklerin nasıl oluştuğundan başlayacak olursak; 'görünür ışık', gözlerimizin farklı renkler olarak algıladığı çeşitli titreşim frekansı/sıklığından oluşur. Tanecik elektronları, enerjinin frekansına bağlı bir şekilde ve enerjiye yanıt olarak belirli bir miktarda titreşir. Görünür ışık, elektromanyetik spektrumda belli frekans aralığına denk gelir. Gözlerimiz bu frekans aralığında değerlendirilen dalgaları algılayabildiğinden bizim için bu aralık "görünürdür". Ve bu aralıktaki belli frekansa sahip her dalga boyu bizler için bir rengi ifade eder.
Işık enerjisi söz konusu olduğunda, moleküller ve atomlar ışığın frekansına bağlı olarak belirli miktarda ışık enerjisini absorbe eder/emer; ardından bu emilen enerjiyi ısı olarak yayar. Bu, nesnelerin, diğer şeylere oranla daha fazla ışık frekansını absorbe ettiği anlamına gelir. Bir foton atom ile etkileştiğinde, elektronların sahip olduğu enerji seviyesine bağlı olarak bu fotonun emileceği veya yansıtılacağı belirlenir. Bir cismin "rengi" aslında yansıttığı dalga boyuna karşılık gelir. Yansıttığı değer dışındaki frekanslara sahip fotonların enerjilerini emer; ısı enerjisi olarak yayar.
Peki ışık absorbe edilmediğinde ne oluyor?
Bir foton atom ile etkileştiğinde, elektronların sahip olduğu enerji seviyesine bağlı olarak bu fotonun emileceği veya yansıtılacağı belirlenir. Bir cismin "rengi" aslında yansıttığı dalga boyuna karşılık gelir. Yansıttığı değer dışındaki frekanslara sahip fotonların enerjilerini emer; ısı enerjisi olarak yayar.
Bazı maddelerde, bir parçacık, fotonları yeniden yaydığında bir sonraki parçacığa geçmeye devam ederler. Böylece madde berraktır.
Çoğu katı maddede, parçacıklar emilmemiş fotonların çoğunu maddeden yeniden yayar, bu nedenle hiçbir ışık geçmez ya da çok az ışık geçer ve nesne opaktır. Opak bir nesnenin rengini ise yalnızca nesnenin parçacıklarının emmediği ışık enerjisinin birleşimi oluşturur.
Kar da bir 'donmuş su' olduğu için renksiz ve berrak bir görüntüye sahip olmasını bekleriz. Öyleyse, sudan farklı olarak, kar neden beyaz?
Kar; donmuş su ve buz kristalleridir. Buz şeffaf bir madde iken karı beyaz görürüz. Bunun sebebi buz kristalleri ile kar tanelerinin ışık ile farklı şekillerde etkileşmeleridir. Beyaz renk, görünür spektrumdaki tüm frekansları yansıtan cisimlerin özelliğidir. Buz ışık ile etkileştiğinde, ışığın fiziksel özellikleri değişmez. Karı oluşturan kar kristalleri de şeffaftır.
Bunun dışında geometrik olarak altıgendirler. Bu geometrik özellikleri ile gelen ışığı bir kristal yüzeyinden diğerine yansıtırken ışık yön değiştirir. Kar tanelerine çarpan bütün dalga boylarındaki ışınlar eşit derecede yansıdığı için de kar beyaz görünür.
Bunu anlamak için bir küp buzu düşünebiliriz. Buz aslında saydam değil yarı saydamdır. Bu da ışık fotonlarının direkt olarak geçmediğini ve maddenin ışığın yönünü değiştirdiği anlamına gelir.
Bunun nedeni ise buzun moleküler yapısında bulunan bazı atomların arasındaki mesafelerin 'ışık dalga boylarının' yüksekliğine yakın olmasıdır. Bu durumda ışık fotonları bu yapılarla etkileşime girer.
Işık fotonlarının yönü değişir ve buzdan buza giren bu fotonlar, farklı bir yönden çıkar. Kar, bir sürü buz kristalinin bir araya gelmesiyle oluşur.
Bir ışık fotonu bir kar tabakasına girdiğinde, ışık fotonunun yönünü değiştirir ve üstündeki buz kristalinden geçer. Bu da yönünü değiştirerek yeni buz kristaline gönderir.
Kristaller ışığı her yere saçtığı için ışık kar yığınından geri gelir. Kar, bütün ışık frekanslarına aynısını yapar. Bu nedenle de tüm ışık renkleri geri yansıtılır.
Görünür spektrumlardaki/görüntülerdeki bütün frekansları eşit oranda birleştiren 'renk' ise 'beyazdır'.
Bu nedenle, kardaki buz kristallerinde görülen ancak bizim göremediğimiz renkler beyaz olmamasına rağmen kara baktığımızda gördüğümüz renk beyazdır.
Ancak Ulusal Atmosferik Araştırma Merkezi'nin (National Center for Atmospheric Research) değindiği gibi, güneşin ona nasıl çarptığına veya gölgede olup olmadığına (ya da çamurlu ayaklarınızla üzerinde kartopu savaşı yapıp yapmadığınıza) bağlı olarak kar mavimsi beyaz, pembemsi beyaz ya da kahverengi görünebilir.
Sonuç olarak 'kar beyazı' gibi bir tanımlamayı sık kullansak da kar aslında beyaz değil, şeffaftır. Ancak karın yüzeyi ışığı farklı yönlere yansıtıp renk spektrumunu dağıtarak beyaz görünmesine neden olur.
