värit

Sateenkaari näkyy aina vastakkaisella puolella taivasta kuin aurinko, koska valo heijastuu sadepisaroista takaisin tulosuuntaansa. Pelkkä valon heijastuminen vesipisaroista ei kuitenkaan riitä selittämään sateenkaaren värejä, siihen vaaditaan myös valon taittumista.

Kun auringonvalo taittuu ja heijastuu vesipisaroissa, valkoiselta näyttävä auringonvalo hajoaa – kirjaimellisesti – sateenkaaren väreihin. Värejä on seitsemän paitsi jos on samalla kannalla kuin tieteiskirjailija Isaac Asimov. Hänen mukaansa "indigo ei ole koskaan tuntunut olevan sen väärti, että se ansaitsisi tulla pidetyksi omana värinään".

Yleensä kuitenkin puhutaan seitsemästä väristä. Punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti ovat väreinä sitä hehkuvampia ja kirkkaampia, mitä suurempia pilvistä tipahtelevat vesipisarat ovat.

Kun auringonvalo kulkee sadepisaran pinnan läpi, valon kulkusuunta muuttuu, koska se siirtyy harvemmasta aineesta tiheämpään: ilmasta veteen.

Valo heijastuu kertaalleen pisaran sisäpinnasta ja kun se taas poistuu vesipisarasta, sen kulkusuunta muuttuu jälleen: tällä kertaa se siirtyy tiheämmästä aineesta harvempaan eli vedestä ilmaan.

Kahden taittumisen ja yhden heijastumisen seurauksena valon kulkusuunta muuttuu vesipisarassa aina saman verran, 42 astetta. Siksi sateenkaari näkyy taivaalla vastapäätä aurinkoa ja kaartuu ilmiötä ihailevan katsojan pään varjon ympärille 42 asteen etäisyydellä.

Valon kulkusuunta ei kuitenkaan muutu täsmälleen 42 astetta, sillä valon eri aallonpituudet eli värit taittuvat eri tavoin: punainen taittuu vähiten ja violetti eniten. Siksi punainen väri on sateenkaaren ulkoreunassa ja violetti sen sisäreunassa. Niiden välissä ovat muut värit.

Nelisensataa vuotta sitten elänyt kuuluisa fyysikko Sir Isaac Newton on tunnettu tarinasta omenan putoamisesta ja siitä, että se – ainakin tarinan mukaan – sai Newtonin keksimään painovoiman. Jo tätä ennen Newton oli ennättänyt kuitenkin tekemään pari pientä mullistusta optiikan alalla: hän rakensi ensimmäisen käyttökelpoisen peilikaukoputken vuonna 1668 ja pohdiskeli, että valkoinen valo koostuu itse asiassa kaikista väreistä. Hän näytti, että prismassa valo hajoaa eri väreiksi, koska eri värit taipuvat lasissa eri tavoilla.

Nyt toinen britti, taiteilija Chris Wood, on ottanut lasinpalaset ja niistä heijastuvat sekä niissä taipuvat valonsäteet ilmaisunsa välineiksi. Tuloksena on kaleidoskooppimaisia, geometrisia värien ja valojen pintoja, joissa optiikan lait hämärtyvät varjoihin ja leikkautuvat vaaleaan pintaan.

Tavallisten lasipintojen lisäksi väri- ja lasitaiteilijaksi itseään nimittävä Wood käyttää puoliläpäiseviä pintoja ja pinnoitettuja laseja, jotka heijastavat vain tiettyjä aallonpituuksia. Toisessa ääripäässä ovat vedellä täytetyt viinilasit, jotka tuottavat myös paljon jännittäviä optisia ilmiöitä.

Lisää kuvia ja taustaa on Chris Woodin nettisivuilla. Sieltä teoksia voi myös ostaa, joskin vastaavanlaisia värien ja valojen leikkejä on helppoa luoda myös itse kotioloissa. Itse tekemällä ne ovat lisäksi hauskempia ja opettavaisempia.

Teräsmiehen röntgenkatse on kohdannut voittajansa – ainakin melkein. 

Sirkkaäyriäisillä on jo entuudestaan tiedetty olevan erikoinen näkökyky. Niillä on silmissään 12 erilaista valoa aistivaa reseptoria, joista kukin toimii kapealla aallonpituusalueella. Ne pystyvät havaitsemaan valoa, jonka aallonpituus on välillä 300–720 nanometriä eli ultraviolettialueelta syvänpunaiseen. Lisäksi sirkkaäyriäiset erottavat toisistaan lineaarisesti ja ympyräpolarisoituneen valon. Suuresta reseptorimäärästään huolimatta sirkkaäyriäisen silmä on yllättävän huono erottamaan eri värejä toisistaan.

Ihmisen aistima aallonpituusalue on noin 400–700 nanometriä ja meille riittää värien aistimiseen kolme erilaista tappisolua: ne ovat herkkiä punaiselle, siniselle ja vihreälle valolle. Väriaistimus syntyy aivoissa tappisoluista tulevien signaalien perusteella. Sirkkaäyriäisten näköaisti toimii tyystin toisella tavalla.

Nyt australialaisen Queenslandin ja taiwanilaisen Cheng Kung -yliopiston tutkijat ovat löytäneet syyn sirkkaäyriäisten silmien vaatimattomaan suorituskykyyn. Äyriäisillä on samankaltainen verkkosilmä kuin hyönteisillä, missä ei vielä ole mitään uutta tai erikoista. Se koostuu tuhansista ommatideista, aistinsolujen muodostamista ryhmistä. Sirkkaäyriäisillä herkimmät ommatidit, joista löytyy kaikkia 12 eri aallonpituutta aistivia reseptoreita, sijaitsevat neljässä rivissä keskellä verkkosilmää. 

Sirkkaäyriäiset käyttävät silmiään eräänlaisina skannereina, jotka aistivat värit suoraan ilman saalistusta hidastavaa aivojen puuttumista peliin. Siinä missä sirkkaäyriäinen ei kykene erottamaan toisistaan esimerkiksi punaisen, sinisen tai vihreän eri sävyjä, se pystyy salamannopeasti tunnistamaan potentiaalisen saaliseläimen värin, mikä riittää saalistuksessa. Nopeasta värinmäärityksestä on etua sirkkaäyriäisten tyypillisissä elinympäristöissä eli värikylläisillä koralliriutoilla.

Tutkimus julkaistiin Science-lehdessä 24. tammikuuta (maksullinen artikkeli).

Tiedetuubi on aloittanut yhteistyön australialaisen akateemisen nettijulkaisun The Conversationin kanssa kääntämällä heidän kiinnostavia artikkeleitaan suomeksi. Toisessa jutussa Adrian Dudek Australian kansallisesta yliopistosta kertoo, mitä on matematiikka ja miten siitä saa entistä kiinnostavampaa.

Tähdet ovat erivärisiä ja tarkkaan katsoen sen huomaa jo paljain silmin. Tähden väri kertoo sen lämpötilan, mutta toisin kuin vesihanasta tuttu värikoodi: kylmimmät tähdet ovat punaisia ja kuumimmat sinisiä.

Todellisuudessa kaikki tähdet säteilevät kaikkia spektrin värejä, mutta tähden pinnan lämpötila määrää, millä aallonpituuksilla se säteilee voimakkaimmin. Siksi tähden väri riippuu sen lämpötilasta.

Syvänpunaisten tähtien pinnalla lämpötila kipuaa hädin tuskin 2 000 celsiusasteeseen. Punaiset tähdet ovat joko hyvin pieniä kääpiötähtiä tai valtavan suuria, kymmenien tai satojen miljoonien kilometrien läpimittaisia jättiläistähtiä. Niiden sisuksissa ydinreaktiot ovat hiipuneet ja ulko-osat ovat laajentuneet harvaksi kaasukerrokseksi.

Punainen jättiläistähti löytyy esimerkiksi Orionin tähdistöstä. Betelgeuze on elinkaarensa loppuvaiheissa oleva tähti, joka voi räjähtää supernovana milloin tahansa. Betelgeuze on läpimitaltaan satoja kertoja Aurinkoa suurempi: jos se olisi Aurinkokunnan keskustähti, sen viileä pinta olisi Marsin radan tuolla puolen.

Oranssi väri kertoo hieman kuumemmista oloista, noin 4 000 asteen pintalämpötilasta. Myös oransseja tähtiä löytyy kokoskaalan kummastakin päästä, sekä paljon Aurinkoa pienemmistä kääpiötähdistä että paljon Aurinkoa suuremmista jättiläisistä.

Oranssia tähteä voi katsella esimerkiksi Härän tähdistössä. Sen kirkkain tähti Aldebaran on läpimitaltaan ”vain” nelisenkymmentä kertaa Aurinkoa suurempi jättiläistähti.

Keltaiset tähdet, joiden pintalämpötila on noin 6 000 astetta, ovat tutuimpia, sillä Aurinko on yksi niistä. Ajomiehen kirkkain tähti Capella on puolestaan kahden kaksoistähden muodostama järjestelmä. Kirkkaampi kaksoistähdistä muodostuu kahdesta keltaisesta jättiläistähdestä, jotka ovat kooltaan noin kymmenen kertaa Aurinkoa suurempia.

Aurinkoa kuumempien, noin 7 500-asteisten tähtien väri on kellanvalkoinen tai vaaleankeltainen. Ne ovat kooltaan usein samaa luokkaa kuin Aurinko, mutta matkalla kohti jättiläisvaihetta. Vaaleankeltainen tähti on esimerkiksi Pienen koiran Procyon. Se on noin kaksi kertaa Aurinko suurempi, mutta useita kertoja kirkkaampi.

Tähdet, joiden pintalämpötila on noin 10 000 astetta, ovat valkoisia. Huomattava osa paljain silmin näkyvistä tähdistä kuuluu tähän ryhmään. Syynä on niiden kirkkaus: kirkkaat, valkohehkuiset tähdet näkyvät kauempaa avaruudesta kuin himmeät, punaiset kääpiötähdet, jotka ovat Auringon lähiympäristön tyypillisimpiä tähtiä.

Koko taivaan kirkkain tähti, Sirius, on väriltään valkoinen. Se ei ole poikkeuksellisen kirkas, ainoastaan noin 25 kertaa Aurinkoa kirkkaampi, mutta se on viidenneksi lähin tähti ja loistaa siksi kirkkaasti öisellä talvitaivaalla.

Vielä kuumemmat tähdet hehkuvat sinertävänvalkoista valoa. Niiden pintalämpötila on peräti 20 000 astetta. Esimerkiksi Orionin tähdistön Rigel on superjättiläinen, jonka kirkkaus on noin 40 000 kertaa suurempi kuin Auringon.

Toisaalta sinertävänvalkoisia, voimakkaasti säteileviä tähtiä on myös nuorissa, vain kymmenien tai satojen miljoonien vuosien ikäisissä tähtijoukoissa. Esimerkiksi Härän tähdistössä sijaitsevassa Plejadien tähtijoukossa on sinertävänvalkoisia tähtiä.

Kaikkein kuumimmat tähdet on väriltään sinisiä. Ne ovat niin ikään superjättiläisiä, jotka voivat säteillä miljoona kertaa voimakkaammin kuin Aurinko. Korkean lämpötilan takia suuri osa säteilystä on silmille näkymätöntä ultraviolettisäteilyä. Orionin tähdistössä on useita jättiläistähtiä ja siitä löytyy myös sinisenä loistava tähti: Alnitak on Orionin ”vyön” vasemmanpuoleinen tähti.