为什么天空是蓝色的?

在地球表面的人是透过经空气散射的太阳光来看天空的。在洁净的、未受污染的大气中,大部分的散射是空气中的分子(主要是氧和氮分子)引起的,这些分子的大小比可见光的波长要小得多。瑞利理论指出,散射光强和波长的四次方成反比(I∝1/λ4),在这种情况下,散射主要影响波长较短的光。因为蓝色位于光谱的后面,所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气,在散射过程中它失去许多蓝色,所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。

根据瑞利的理论,当光波波长减少时,散射的程度急剧加强。所以光波波长最短的紫色光应该散射最强,靛青、蓝色和绿色的光散射要少得多。那么为什么我们看见的是蓝天,而不是紫色和靛色的天空呢?原来当散射光穿过空气时,吸收使它丧失了许多能量,波长很短的紫光和靛光虽然在穿过空气时,散射很强烈,但同时它们也被空气强烈地吸收,阳光到达地面时,所剩的紫色和靛色的散射并不多。我们所目睹的天空颜色是光谱中蓝色附近颜色的混合色,它们呈现出来的就是蔚蓝天空的颜色。

太阳是灿烂的黄色,同时邻近的天空呈现出橙色和黄色。当落日缓缓地消失在地平线下面时,天空的颜色逐渐从橙色变为蓝色。即使太阳消失以后,贴近地平线的云层仍会继续反射着太阳的光芒。因为天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起,所以较高天空中的薄云呈现出红紫色。几分钟后,天空充满了淡淡的蓝色,它的颜色逐渐加深,向高空延展。但在一个高度工业化的区域,当污染物以微粒的形式悬浮在空中时,天空的颜色就截然不同了。圆圆的太阳呈现出桔红色,同时天空一片暗红。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。有时落日以后,两边的天空出现两道宽宽的颜色,地平线附近是暗红色的,而它的上方是暗蓝色。当污染格外严重时,太阳看上去就像一只暗红色的圆盘。甚至在它达到地平线之前,它的颜色就会逐渐褪去。
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    我家的小菜花

    天为什么是蓝的,而不是绿的或红的呢?

    首先你得明白一个道理:我们周围的事物之所以显现出颜色来,仅仅是因为阳光照射着它们。虽然阳光看上去是白色的,但是所有的颜色:赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫,在阳光里都存在。

    天空里有这么多颜色,为什么我平时看到的只有蓝色呢?你可能会问。

    如果你把光线设想为波浪,你就会猜破这个谜了。光其实是像一个波浪那样在运动的。我们来设想一下一滴雨落在一个水洼里的情景。当这滴雨落到水面上时,就会产生小波浪,波浪一起一伏地变成更大的圈,向着四面八方扩展开去。如果这些波浪碰上一块小石子或一个别的什么障碍物,它们就会反弹回来,改变了波浪的方向。

    而阳光从天空照射下来,一样会连续不断地碰到某些障碍。因为光所必须穿透的空气并不是空的,它由很多很多微小的微粒组成。其中百分之九十九不是氮气便是氧气,其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒,来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒只是一滴雨水的一百万分之一,但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回,自然也就改变了自己的方向。

    可是那么多颜色的光改变了方向,为什么只有蓝色被看到呢?你可能还是不明白。

    我们还得回到刚才说的那个水洼里。

    水洼里,小的波浪遇到小石子的话,水面便被搞得混乱不堪;但如果是一个“巨浪”,像你用手在水洼边掀起的那种“巨浪”,它就有可能干脆从石头上溢过去,并畅通无阻地到达水洼的对面边缘。那么,就像有大波浪和小波浪一样,各种各样颜色的光波也有不同的“波浪”,也就是波长:不过它们可不像水波的波浪,用肉眼是看不出它们的大小的,因为它们小得难以想像,只是一根头发的一百分之一!得用很灵敏的测量仪表才可以精确地测定出来。

    根据科学家的测定,蓝色光和紫色光的波长比较短,相当于“小波浪”;橙色光和红色光的波长比较长,相当于“大波浪”。当遇到空气中的障碍物的时候,蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍,便被“散射”得到处都是,布满整个天空—天空,就是这样被“散射”成了蓝色。

    发现这种“散射”现象的科学家叫瑞利,他是在130年前发现的,他也是诺贝尔奖获得者。

    用“散射”现象,你就可以解释下面这些天象了:

    比如在你头顶的天空是蓝色的,可是在地平线—天地相接的地方,天空看上去却几乎是白色的。为什么?就是因为阳光从地平线到你这个地方比起它直接从空中落下来,需要在空气中走的路程要远得多—而在一路上它所擦过的微粒子也自然就要多得多。这些大量的微粒子就这样多次散射出光,所以它显得白中透着淡蓝。建议你做一个小实验来验证一下:拿一杯水,把它放在一个黑暗的背景里,放进一滴牛奶,再拿一只手电筒照射杯子的一端,并靠近它,手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。如果你往水里放进的牛奶越多,水就越白,因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射,结果就是白色的。道理跟在地平线上空是白色的一样。

    太阳落山时的傍晚,天空不显现蓝色而显现红色,正在下落的太阳也变成暗红色,也是一样的道理。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒,使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去,仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线—因为它们的波长长、“波浪大”,翻过了路上的障碍。

    不过,细心的你会发现,天穹在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色。这也曾经是科学家们关心的一件怪事,不过几个物理学家已经在50年前揭开了这个谜:导致黄昏时天空的蓝色,是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成厚厚的一个层面,叫臭氧层。这种气体对正在下落的太阳光起到像颜色过滤器那样的作用:它截获太阳光中的黄色和橙色的部分,却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光消失时,所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。

    臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空,还吞下一种你无法看见的特殊的光线:紫外线的光,或称紫外线。你一定曾经听说过,紫外线对所有的生物(当然也包括对你)有多么危险。如果它在你的裸露的皮肤上照射得太长久,你就会得晒斑。臭氧层到处都有足够的厚度能截获尽可能多的紫外线:这对于我们这个星球上的全体生命来说,是极其重要的。

    可惜,在今天,这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了,在南极上空甚至已经形成了一个大的空洞。而破坏臭氧的凶手就是“氟里昂”—一种人们用来喷洒护发摩丝或用在冰箱和空调上制冷的物质。这是一种对臭氧层特别有害的物质,所以许多国家已经不再使用这种“臭氧杀手”了。

    今天我们学到了为什么我们眼中的天空是蓝色的。其实从地球以外望过来也是一样:覆盖我们地球三分之二面积的海水也散发着蓝光,陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色,然而上空却总是蓝色的—从宇宙中看来,整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱。从大气层外看见过地球的天文学家报道过这一情况。

    所以地球被称做“蓝色星球”是完全正确的。它那独特的蓝色,就是生命的颜色。

    10-04-08 | 添加评论 | 打赏

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    10-07-23 | 添加评论 | 打赏

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