天空为什么是蓝色的?

我爱范文 admin 2018-10-09 我要评论关注:

  天空爲什麽是藍的?原因并不像常見回答中所說的,是因爲“空氣中會有許多微小的塵埃、水滴、冰晶等物質,當太陽光通過空氣時,波長較短的藍、紫、靛等色光,很容易被懸浮在空氣中的微粒阻擋,從而使光線散射向四方,使天空呈現出蔚藍色。”
  
  與可見光的波長(約400納米~700納米)相比,空氣中的塵埃、水滴等微粒遠遠大于陽光中的可見光波長,因此當陽光遇到這些顆粒物的時候,它們會向不同的方向反射。但是,這樣的反射對于不同波長(或者說不同顔色)的光來說,效果都是相同的。換句話說,塵埃等顆粒物反射出來的,仍然是包含所有顔色的白光。如PM2.5即空氣中懸浮着的尺度≤2.5微米的顆粒物造成的污染,所以當空氣污染指數很高的時候,天空會是白茫茫的一片。
  
  那天空爲什麽是藍色的呢?實際上,空氣中确實存在大量尺度比可見光波長更小的微粒就是空氣中的多種氣體分子,比如氧氣和氮氣分子的“直徑”都是0.3納米左右。遇到這些氣體分子的時候,有些光子就會被吸收。一段時間之後,分子又會釋放出另一個光子。放出的光子跟吸收的光子顔色相同,但是方向變了。雖然所有顔色的光子都會被吸收,但頻率較高(即顔色較藍)的光子比頻率較低(顔色較紅)的光子更容易被吸收。這個過程被稱爲瑞利散射,是以19世紀70年代最先描述這一過程的英國物理學家約翰?瑞利爵士的名字命名的。
  
  那麽,藍色光更容易與空氣分子發生瑞利散射,又怎麽會産生藍天呢?先做個簡單的假設,如果不存在任何空氣,天會是什麽顔色?雖然我們大多數人都沒有上過太空,但從阿波羅登月的紀錄片中可以看到「zhaichao.net.cn」,月亮上哪怕太陽當空照,天空仍然是黑色的。原因如下圖:
  
  由于空氣中存在瑞利散射,情況就完全不同了,陽光在大氣的傳播途中,偏藍色的光更容易發生瑞利散射而被偏折到了與陽光原來傳播的方向不同的方向上。于是,我們就算不直對着太陽看,而是朝天空中的其他方向上看,也總有被空氣分子散射的光子(更多的是藍光)射入我們的眼睛,于是就看到了藍天。

  天空为什么是蓝的?原因并不像常见回答中所说的,是因为“空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质,当太阳光通过空气时,波长较短的蓝、紫、靛等色光,很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡,从而使光线散射向四方,使天空呈现出蔚蓝色。”
  
  与可见光的波长(约400纳米~700纳米)相比,空气中的尘埃、水滴等微粒远远大于阳光中的可见光波长,因此当阳光遇到这些颗粒物的时候,它们会向不同的方向反射。但是,这样的反射对于不同波长(或者说不同颜色)的光来说,效果都是相同的。换句话说,尘埃等颗粒物反射出来的,仍然是包含所有颜色的白光。如PM2.5即空气中悬浮着的尺度≤2.5微米的颗粒物造成的污染,所以当空气污染指数很高的时候,天空会是白茫茫的一片。
  
  那天空为什么是蓝色的呢?实际上,空气中确实存在大量尺度比可见光波长更小的微粒就是空气中的多种气体分子,比如氧气和氮气分子的“直径”都是0.3纳米左右。遇到这些气体分子的时候,有些光子就会被吸收。一段时间之后,分子又会释放出另一个光子。放出的光子跟吸收的光子颜色相同,但是方向变了。虽然所有颜色的光子都会被吸收,但频率较高(即颜色较蓝)的光子比频率较低(颜色较红)的光子更容易被吸收。这个过程被称为瑞利散射,是以19世纪70年代最先描述这一过程的英国物理学家约翰?瑞利爵士的名字命名的。
  
  那么,蓝色光更容易与空气分子发生瑞利散射,又怎么会产生蓝天呢?先做个简单的假设,如果不存在任何空气,天会是什么颜色?虽然我们大多数人都没有上过太空,但从阿波罗登月的纪录片中可以看到「zhaichao.net.cn」,月亮上哪怕太阳当空照,天空仍然是黑色的。原因如下图:
  
  由于空气中存在瑞利散射,情况就完全不同了,阳光在大气的传播途中,偏蓝色的光更容易发生瑞利散射而被偏折到了与阳光原来传播的方向不同的方向上。于是,我们就算不直对着太阳看,而是朝天空中的其他方向上看,也总有被空气分子散射的光子(更多的是蓝光)射入我们的眼睛,于是就看到了蓝天。

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