為什麼天空不是的白色的？
天空為什麼是藍色的除非有外界干擾，光都是以直線傳播的。當光在空氣中傳播時，不可避免要遇到空氣中的氣體分子和其他微粒。這些微粒對光有吸收、反射和散射等物理作用，正是這些物理作用使得晴日裡天空成為蔚藍色。 正確解釋天空為什麼是藍色始於1859年。科學家泰多爾首先發現藍光要比紅光散射強得多，這就是“泰多爾效應”。幾年之後，科學家瑞利更詳細地研究了這種現象，他發現散射強度與波長的4次方成反比。後來，更多科學家稱這種現象為“瑞利散射”。瑞利散射很容易通過下面一個小實驗來驗證(如圖2所示)：用一個盛滿水的水杯，然後往水杯中滴入幾滴牛奶，用手電筒做光源，從水杯的一側照射，從水杯的另一側看到的是紅光，而從垂直於光線的方向看到的卻是藍色(在黑暗處效果更明顯)。當時，泰多爾和瑞利都認為天空的藍色是由於空氣中有小的粉塵微粒和小水滴所致，這些小的粉塵微粒和小水滴就類似於水中的牛奶懸浮顆粒。即便今天，也有許多人這樣認為。事實上並非如此，如果天空完全是由於小的粉塵微粒和小水滴引起的，那麼天空的顏色將隨著濕度而變，事實上天空的顏色隨著濕度的變化非常小，除非下雨或者烏雲密布。後來科學家猜測用空氣中的氮氣和氧氣分子足以解釋天空中的“泰多爾效應”。這種猜測最終被愛因斯坦所證實，他對這種散射效應作了詳細的計算，並且計算結果與實驗相符合。我們所看到的藍天是因為空氣分子和其他微粒對入射的太陽光進行選擇性散射的結果。散射強度與微粒的大小有關。當微粒的直徑小於可見光波長時，散射強度和波長的4次方成反比，不同波長的光被散射的比例不同，此亦成為選擇性散射。當太陽光進入大氣後，空氣分子和微粒(塵埃、水滴、冰晶等)會將太陽光向四周散射。組成太陽光的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種光中，紅光波長最長，紫光波長最短。波長比較長的紅光透射性最大，大部分能夠直接透過大氣中的微粒射向地面。而波長較短的藍、靛、紫等色光，很容易被大氣中的微粒散射。以入射的太陽光中的藍光(波長為0.425μm)和紅光(波長為0.650μm)為例，當光穿過大氣層時，被空氣微粒散射的藍光約比紅光多5.5倍。因此晴天天空是蔚藍的。但是，當空中有霧或薄雲存在時，因為水滴的直徑比可見光波長大得多，選擇性散射的效應不再存在，不同波長的光將一視同仁地被散射，所以天空呈現白茫茫的顏色。如果說短波長的光散射得更強，你一定會問為什麼天空不是紫色的。其中一個原因就是在太陽光透過大氣層時，空氣分子對紫色光的吸收比較強，所以我們所觀測到的太陽光中的紫色光較少，但並不是絕對沒有，在雨後彩虹中我們很容易觀察到紫色的光。另外一個原因和我們的眼睛本身有關。在我們的眼睛中，有3種類型的接收器，分別稱之為紅、綠和藍錐體，它們只對相應的顏色敏感。當它們受到外界的光刺激時，視覺系統會根據不同接受器受到刺激的強弱重建這些光的顏色，也就是我們所看到物體的顏色。事實上，紅色錐體和綠色錐體對藍色和紫色的刺激也有反映，紅錐體和綠錐體同時接受到陽光的刺激，此時藍錐體接收到藍光的刺激較強，最後它們聯合的結果是藍色的，而不是紫色的。
|
|
