แสง มีคุณสมบัติอย่างไร และสร้างปรากฏการณ์ที่สวยงามในธรรมชาติได้อย่างไร

แสง และสมบัติของแสง

แสง ในธรรมชาติมีแหล่งกำเนิดจากหลายแหล่ง ช่วยให้เรามองเห็นวัตถุต่างๆ ที่อยู่ตรงหน้าได้

แสง (Light) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ชนิดหนึ่ง ซึ่งมีความยาวคลื่น (Wavelength) อยู่ในช่วงที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ผ่านดวงตาหรือที่เรียกว่า “แสงที่ตามองเห็น” (Visible Light) โดยนับเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร

แสงมีคุณสมบัติที่ค่อนข้างสลับซับซ้อน เนื่องจากมีลักษณะเป็นเหมือนทั้งคลื่นและอนุภาค ซึ่งในทางฟิสิกส์ แสง หมายถึง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation) ในทุกช่วงความยาวคลื่น แม้จะอยู่ในช่วงที่สายตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ แสงมีอนุภาคที่เรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยอัตราเร็วคงที่ ซึ่งอยู่ที่ราว 300,000,000 เมตรต่อวินาที โดยไม่จำเป็นต้องมีสื่อหรืออาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ใด ๆ (Medium) อย่างเช่นแสงจากดวงอาทิตย์ที่เดินทางผ่านอวกาศหรือภาวะสุญญากาศเป็นระยะทาง 150 ล้านกิโลเมตร โดยใช้เวลาราว 499 วินาที หรือราว 8.3 นาทีในการเดินทางมายังโลก

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

แหล่งกำเนิดของแสงบนโลก

แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ และปรากฏการณ์ฟ้าแลบฟ้าผ่า โดยแสงจากดวงอาทิตย์ถือเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใหญ่ที่สุดของโลก

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

สงจากสิ่งมีชีวิต (Bioluminescence) เช่น การเรืองแสงของสัตว์บางชนิด เช่น การมีแสงสว่างในตัวเองของหิ่งห้อย ปลาน้ำลึกบางชนิด และแพลงก์ตอนในทะเล และแสงจากหิ่งห้อย

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,
แสงจากหิ่งห้อยเป็นแสงที่เกิดจากกระบวนการชีวเคมีในตัวหิ่งห้อย

แสงจากสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ เช่น หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข และแสงที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทต่าง ๆ เช่น ถ่าน ฟืน และน้ำมัน

สเปกตรัมและสีของแสง (Spectrum)

คลื่นหรือแสงที่ดวงตามมนุษย์สามารถมองเห็นและรับรู้ได้นั้น นับเป็นเพียงช่วงสั้น ๆ ของแถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ดังนั้น จึงมีคลื่นอีกมากมายที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และถึงแม้จะมีบางช่วงความยาวคลื่นที่มนุษย์อาจรับรู้ด้วยประสาทสัมผัสอื่น ๆ อย่างเช่น การที่ผิวหนังรับรู้ได้ถึงความร้อน เมื่อสัมผัสกับรังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation) หรือรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Radiation) เป็นต้น

แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว (White Light) ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์ สามารถใช้ปริซึม (Prism) แยกองค์ประกอบของแสงขาวออกจากกันได้ โดยสามารถแบ่งออกเป็นแถบสีต่าง ๆ ทั้งหมด 7 สี เรียงชิดติดกันหรือที่เรียกแถบสีเหล่านี้ว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) โดยในธรรมชาติ สสารที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงปริซึม คือ หยดน้ำ เม็ดฝน ละออง และไอน้ำต่าง ๆ ซึ่งหลังฝนตกเมื่อแสงแดดส่องกระทบหยดน้ำฝนเหล่านี้ เราสามารถมองเห็นแสงแดดเป็นแถบสีทั้ง 7 สี ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้าหรือที่เราเรียกกันว่า “รุ้งกินน้ำ” นั่นเอง

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

นอกจากนี้ การที่มนุษย์เรามองเห็นสีต่าง ๆ บนวัตถุนั้น เป็นผลที่เกิดจากการผสมของแสงสีต่าง ๆ เช่น แสงขาวอาจเกิดจากการรวมกันของแสงเพียง 3 สี ได้แก่ แสงสีเขียว (Green: 1) แสงสีน้ำเงิน (Blue: 2) และแสงสีแดง (Red: 3) หรือที่เรียกว่า “สีปฐมภูมิ” (Primary Colors) และหากนำแสงที่เกิดจากการผสมกันของสีปฐมภูมิ 2 สีมารวมกัน จึงเกิดเป็น “สีทุติยภูมิ” (Secondary Colors) ได้แก่ แสงสีคราม (Cyan: 4) แสงสีเหลือง (Yellow: 5) และแสงสีม่วงแดง (Magenta: 6) โดยที่สีทุติยภูมิแต่ละสีจะมีความแตกต่างกันในระดับความเข้มสีและความสว่างของแสงอีกด้วย

สมบัติและพฤติกรรมของแสง

การสะท้อน (reflection) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบผิวตัวกลางที่มีลักษณะแตกต่างกันและสะท้อนกลับออกมา นับเป็นการเคลื่อนที่ของแสงจากตัวกลางต่างชนิด ซึ่งเมื่อแสงตกกระทบกับพื้นผิวสัมผัสของตัวกลางใด ๆ ปริมาณและทิศทางของการสะท้อนของแสงจึงขึ้นอยู่กับธรรมชาติของพื้นผิวสัมผัสของตัวกลางนั้น ๆ

การหักเห (Refraction) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องผ่านตัวกลางที่มีลักษณะโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้ำ และพลาสติกใส ส่งผลให้แสงหักเหออกจากแนวทางการเคลื่อนที่ดั้งเดิม รวมถึงความเร็วเคลื่อนที่ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน อย่างเช่น การเคลื่อนที่ของแสงในน้ำ ซึ่งส่งผลต่อทั้งความเร็วและทิศทางในการเคลื่อนที่หรือการหักเหของแสง

การกระจาย (Dispersion) คือ พฤติกรรมของแสงเมื่อตกกระทบถูกพื้นผิวของตัวกลาง ก่อนเกิดการหักเห ซึ่งส่งผลให้แสงที่มีความยาวคลื่นหรือความถี่ต่าง ๆ กระจายออกเป็นแถบสี เช่น การกระจายของแสงสีขาวเมื่อส่องกระทบปริซึม แล้วเกิดเป็นแถบสีหรือสเปกตรัมนั่นเอง

การดูดกลืน (Absorbtion) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบตัวกลางหรือวัตถุ ก่อนแสงบางส่วน จะถูกดูดกลืนหายเข้าไปในตัวกลาง ซึ่งแสงที่ดูดกลืนเหล่านั้น จะมีพลังงานบางส่วนสูญหายไปในรูปของพลังงานความร้อน ขณะที่แสงในช่วงความยาวคลื่นที่สามารถส่องผ่านวัตถุหรือตัวกลางดังกล่าว จะแสดงเฉพาะความยาวคลื่นของแสงที่ไม่ถูกดูดซับ กลายเป็นสีของวัตถุที่เรามองเห็นนั่นเอง

การทะลุผ่าน (Transmission) คือ พฤติกรรมของแสงที่เคลื่อนที่พุ่งชนตัวกลาง ก่อนทะลุผ่านออกไปอีกด้านหนึ่ง โดยที่ความถี่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ วัตถุที่มีคุณสมบัติให้แสงทะลุผ่านได้ เช่น กระจก ผลึกคริสตัล พลาสติกใส น้ำและของเหลวต่าง ๆ

การแทรกสอด (Interference) คือ พฤติกรรมการรวมกันของแสง 2 ลำ หรือ 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้าหากัน เมื่อแสงทั้ง 2 ลำ มีแหล่งกำเนิดที่ก่อให้คลื่นแสงความถี่เดียวกันและความยาวคลื่นเท่ากัน เมื่อรวมตัวเข้าหากัน สามารถส่งผลให้แสงมีความสว่างมากยิ่งขึ้น ขณะที่ในทางตรงกันข้าม ความสว่างของแสงสามารถถูกลดทอนให้ต่ำลง หากแสงทั้ง 2 ลำ เคลื่อนที่หักล้างกันเอง

ปรากฏการณ์จากพฤติกรรมของแสง

นอกจากรุ้งกินน้ำ ยังมีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดจากพฤติกรรมของแสงอีกมากมาย เช่น ปรากฏการณ์ภาพลวงตา หรือ “มิราจ” (Mirage) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การหักเหของแสงในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความหนาแน่นของชั้นอากาศที่แสงเดินทางผ่าน อย่างในบริเวณพื้นทะเลทรายหรือพื้นผิวถนนที่ถูกแดดร้อนจัด ส่งผลให้อากาศเหนือพื้นทรายหรือพื้นถนนมีอุณหภูมิสูงกว่าชั้นอากาศโดยรอบ เมื่อแสงเดินทางผ่าน ความแตกต่างของอุณหภูมิส่งผลต่อความหนาแน่นของอากาศหรือตัวกลาง ทำให้แสงเกิดการหักเห สะท้อนให้เห็นภาพลวงตาดังกล่าว

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

รวมถึงปรากฏการณ์พระอาทิตย์ทรงกลด (Halo) ซึ่งนับเป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับรุ้งกินน้ำ ซึ่งเกิดจากการเรียงตัวกันของผลึกน้ำแข็งภายในก้อนเมฆที่อยู่รอบดวงอาทิตย์์์ เมื่อแสงส่องลงมาตกกระทบผลึกน้ำแข็งเหล่านี้ จึงเกิดการหักเหและการสะท้อนกลับ เกิดเป็นลำแสงพุ่งออกสู่อากาศภายนอก ปรากฏเป็นแถบสีสเปกตรัมของเส้นรอบวงล้อมรอบดวงอาทิตย์หรือพระอาทิตย์ทรงกลดนั่นเอง

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

Tulane University – https://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/proplight.htm
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7436-2017-08-11-04-21-21
ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA) – http://www.lesa.biz/astronomy/light/em-waves
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา – https://blog.rmutl.ac.th/montri/old/ee/04212209/L-01.pdf
ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/31433


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : สิ่งมีชีวิตนอกโลก : มีใครอยู่ข้างนอกนั่นไหม

เรื่องแนะนำ

สำรวจโลก: ยุคน้ำแข็งของแอฟริกา

ทุ่งน้ำแข็งทางตอนเหนือของคิลีมันจาโร ในแทนซาเนีย อาจมีอายุเก่าแก่ถึง 10,000 ปี ในสมัยยุคน้ำแข็ง การจะหาคำตอบนี้ต้องเริ่มจากการเก็บตัวอย่างชั้นน้ำแข็งจากภูเขาที่สูงที่สุดในแอฟริกา

ซ่อมแซมโพรงรังหวังเพิ่มประชากรนกเงือก

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) หนุนซ่อมโพรงรังหวังเพิ่มประชากร นกเงือก ในเดือนมีนาคมถึงเมษายนของทุกปี ถือเป็นช่วงเวลาที่ นกเงือก เข้าสู่ฤดูผสมพันธุ์ โดยนกเงือกเริ่มจับคู่และเสาะหาโพรงรังที่เหมาะสมเพื่อให้ตัวเมียวางไข่และฟักไข่ แม้ในป่าฮาลา–บาลา ที่ขึ้นชื่อว่าเป็นผืนป่าที่อุดมสมบูรณ์มาก สัตว์โบราณอย่างนกเงือกยังต้องเผชิญภาวะ ‘การขาดแคลนโพรงรัง’ ซึ่งหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ส่งผลให้จำนวนประชากรนกเงือกลดลง สุเนตร การพันธ์ หัวหน้าสถานีวิจัยสัตว์ป่าป่าพรุ–ป่าฮาลา บาลา กล่าวว่า นกเงือกมีพฤติกรรมโดดเด่นเฉพาะตัวอย่างมากในเรื่องการสร้างโพรงรัง เมื่อนกเงือกหาโพรงรังที่เหมาะสมได้แล้ว นกเงือกตัวเมียจะปิดปากโพรงให้แคบลง โดยใช้มูล เศษไม้ และเศษดิน ค่อยๆ ปิดจนเหลือเพียงช่องแคบๆ เพื่อให้ตัวผู้ส่งอาหารให้เท่านั้น ตลอดช่วงระยะเวลาที่นกเงือกตัวเมียทำรัง นกเงือกตัวผู้มีหน้าที่หาอาหารมาป้อนให้ตัวเมีย เมื่อถึงช่วงลูกนกฟักออกจากไข่ นกเงือกตัวผู้ยังคอยหาอาหารมาให้ทั้งนกเงือกตัวเมียและลูกนก โดยช่วงเวลาการอยู่ในโพรงของแม่นกและลูกนกของนกเงือกแต่ละชนิดไม่เท่ากัน แต่เฉลี่ยแล้วประมาณ 4 – 6 เดือน ซึ่งเมื่อลูกนกออกจากรัง พ่อและแม่นกจะคอยเลี้ยงลูกนกต่อไปอีกระยะหนึ่ง โพรงรังที่มีสภาพเหมาะสมคือปัจจัยสำคัญต่อการขยายพันธุ์ของนกเงือกตามธรรมชาติ แต่ปัจจุบันโพรงรังของนกเงือกเริ่มขาดแคลน ปัญหาคือนกเงือกไม่สามารถเจาะโพรงสร้างรังเองได้เช่นเดียวกับนกทั่วไป ต้องหาโพรงรังที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โพรงไม้ที่เกิดจากการเจาะของนกหัวขวาน รอยแผลบนต้นไม้ที่เกิดจากหมีล้วงเอาน้ำผึ้ง หรือรอยจากการที่กิ่งไม้หักจนทำให้เกิดแผลและมีขนาดกว้างพอที่นกเงือกจะเข้าไปอยู่อาศัยได้ อีกทั้งโพรงที่จะใช้ทำรังได้ต้องมีสภาพที่เหมาะสม คือไม่ใหญ่และไม่เล็กจนเกินไป ถ้ามีขนาดใหญ่จนเกินไป เวลาปิดปากโพรงจะปิดได้ยาก หรือปิดไม่ได้ แต่ถ้าแคบเกินไปนกเงือกก็อยู่อาศัยไม่ได้ ที่สำคัญคือระดับพื้นในโพรงยังต้องมีความสูงพอดีที่นกเงือกนั่งแล้วจะสามารถยื่นปากออกมาจากโพรงเพื่อรับลูกไม้จากตัวผู้ได้ […]

หากไม่มีเหตุการณ์อุกกาบาตพุ่งชนโลกครั้งนั้น ไดโนเสาร์จะมีชีวิตรอดมาถึงทุกวันนี้หรือเปล่า

จากหายนะ การสูญพันธุ์ของไดโนเสาร์ เมื่อ 66 ล้านปีก่อน ทำให้นักบรรพชีวินวิทยามานั่งจับเข่าคุยกันในหัวข้อ จะเกิดอะไรขึ้นหากเหตุการณ์เมื่อวันนั้นไม่เคยเกิดขึ้น

ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นเพราะเหตุใด

เรามักจะรู้สึกว่า ช่วงวันเวลาของ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นๆ เหตุการณ์นี้สังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนในประเทศแถบซีกโลกเหนือ ส่วนประเทศในเขตร้อนที่อยู่ใกล้แนวเส้นศูนย์สูตร อาจจะไม่เห็นความแตกต่างมากนัก สำหรับเหตุการณ์ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูกาลอื่นนั้นมีคำตอบอยู่ที่ มุมเอียงของแกนโลก และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะแกนโลกเอียง เมื่อเรามองโลกจากห้วงอวกาศ เราจะเห็นว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงเกือบกลม อย่างไรก็ตาม โลกของเราไม่ได้ตั้งเป็นแนวตรงเสียทีเดียว แต่มีมุมเอียงประมาณ 23.5 องศา เนื่องจากการเอียงของแกนโลก ประกอบกับการโคจรรอบดวงอาาทิตย์ จึงทำให้ซีกหนึ่งของโลกเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ และอีกซีกหนึ่งเอียงออกห่างดวงอาทิตย์ เหตุเพราะแกนโลกเอียง จึงทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบแตกต่างกันในแต่ละฤดูกาล ในช่วงฤดูร้อน ซีกโลกเหนือจะเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลให้มีช่วงกลาววันที่ยาวนาน แต่ในฤดูหนาว ซีกโลกเหนือเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์ จึงเป็นผลให้มีช่วงกลางวันที่สั้นกว่าฤดูร้อน รวมไปถึงอุณหภูมิก็จะลดต่ำลงในช่วงฤดูหนาวด้วย เนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบยังซีกโลกเหนือน้อยลง แล้วเป็นเช่นนี้เหมือนกันทั้งโลกเลยหรือ ในขณะที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่ซีกโลกเหนือ แต่ไม่ใช่จะเกิดขึ้นกับพื้นที่อื่นๆ ของโลก ในซีกโลกใต้จะให้ผลในทางตรงกันข้าม หรือประเทศที่อยู่แถบเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนแทบไม่แตกต่างกัน เรื่องที่น่าสนใจคือ ในระหว่างช่วงฤดูหนาวที่หลายประเทศต้องเผชิญกับช่วงกลางคืนที่ยาวนาน แต่บางพื้นที่ต้องพบกับความมืดมิดตลอดทั้งวันและคืน เช่น เมืองทรอมโซ ประเทศนอร์เวย์ เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์จนแสงอาทิตย์เดินทางไปไม่ถึง สำหรับประเทศไทยที่อยู่ตั้งอยู่ใกล้กับแนวเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนในฤดูอาจไม่แตกต่างกันมากอย่างประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากได้รับแสงแดดตลอดทั้งปี แม้จะรู้สึกได้บ้างในช่วงฤดูหนาวในประเทศไทย ที่คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่ามืดเร็วกกว่าฤดูอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวัน แตกต่างกับประเทศในซีกโลกเหนือ […]