【原】地球大氣層為什么是藍(lán)色，藍(lán)天是如何形成的？

宇宙時(shí)空探索 2022-05-20 發(fā)布于河南

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天空是什么顏色的？

這是好奇孩子經(jīng)常提的一個(gè)問題。每當(dāng)這時(shí)候，大人們就會(huì)十分肯定地告訴他們：“天空是藍(lán)色的呀！”

確實(shí)，在晴朗的天氣里，當(dāng)我們仰頭望天，大多數(shù)時(shí)候它總是表現(xiàn)出令人愉悅的湛藍(lán)顏色。藍(lán)藍(lán)的天空點(diǎn)綴著朵朵白云，只有當(dāng)陰天或深夜的時(shí)候，我們看到的才不是藍(lán)色天空。

藍(lán)天綠地，常令人心曠神怡

天空為什么是藍(lán)色的呢？

面對好奇孩子提出的第二個(gè)問題，許多人就不知道怎么回答了。你可能會(huì)說，這還不簡單，因?yàn)榇蠛Ｊ撬{(lán)色的呀！大海把藍(lán)色反射到天上，所以天空就變成藍(lán)色的了。還有人說，天空之所以顯示出藍(lán)色，因?yàn)檠鯕馐撬{(lán)色的。其實(shí)這兩個(gè)回答都不正確。

藍(lán)色天空

太陽的顏色

陰云密布時(shí)，我們看不見藍(lán)天；夜深時(shí)，天空看起來也是黑色的。這都是因?yàn)槲覀兛床灰婈柟?，只有?dāng)陽光穿過大氣層時(shí)，我們才能看到湛藍(lán)的天空。所以天空的顏色與太陽光有密切的關(guān)系。

那么，太陽光是什么顏色的呢？

一種常見的說法稱太陽光是黃色或橙色。

太陽是什么顏色的？

正確答案：在我們?nèi)祟惪磥?，太陽光是白色?/span>。

同時(shí)，科學(xué)家會(huì)告訴你，太陽本身不會(huì)發(fā)出白色光，太陽光的白色其實(shí)是太陽發(fā)出所有可見光頻率混合的結(jié)果。如果你讓陽光穿過一塊三棱鏡，白色就會(huì)散射開來，形成赤橙黃綠青藍(lán)的七彩光帶。

當(dāng)陽光穿過透明介質(zhì)，比如玻璃、水或者空氣時(shí)，不同頻率和波長的光會(huì)發(fā)生不同程度的折射，于是我們能夠?qū)⒃净煸谝黄鸬墓獠▍^(qū)分開來，看到陽光原本的一部分顏色。

白光穿過三棱鏡后會(huì)發(fā)生折射

為什么是一部分而不是全部顏色？

陽光是由太陽發(fā)射出來的電磁波，它的波長范圍非常寬，除了我們?nèi)庋劭梢姷牟糠郑柟饫镞€包括了γ射線、X射線、紫外線、紅外線、微波和波長更長的無線電波。在這所有的光譜中，人眼能感知的可見光波只占其中很小的一部分。

可見光只占光譜的很小一部分

當(dāng)陽光穿過大氣層時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？

地球大氣層里充滿著各種氣體分子，其中約有78%是氮?dú)猓鯕饧s占21%。當(dāng)光照射到這些氣體分子上時(shí)，電磁波會(huì)使氣體分子中的帶電粒子發(fā)生振蕩，振蕩的電荷會(huì)產(chǎn)生與入射太陽光相同頻率的電磁輻射，但這些由氣體分子發(fā)出的電磁輻射會(huì)散布在所有不同的方向上，這就是我們常說的光散射現(xiàn)象。

空氣分子對于光的散射能力是有區(qū)別的。在可見光的光譜中，紫色和藍(lán)色部分比紅色光波有更短的波長和更快的頻率，藍(lán)色光可以使空氣分子中帶電粒子振蕩的頻率更高，由此產(chǎn)生的散射光就更多，因此藍(lán)色光比紅色光散射的更強(qiáng)烈。光波在空氣中散射的強(qiáng)度與光頻率的四次方成正比。

太陽光在大氣中的散射

對于波長較長的光波，比如黃光、紅光，它們更容易穿過大氣層，而微波和無線電波由于波長很長，它們幾乎可以不受阻擋地在空氣中穿行。

藍(lán)色和紫色光波在大氣層中被散射的概率比紅色光要高9倍以上，它們更容易被散射開來，因此，當(dāng)太陽出現(xiàn)在高空時(shí)，我們看到的藍(lán)色天空，就是空氣散射藍(lán)色、綠色和少量其它顏色太陽光的結(jié)果。

陽光穿過大氣層

你可能會(huì)問了，既然波長短的光更容易被空氣散射，為什么我們看不見紫色光呢？這是因?yàn)樽仙庠诤芨叩母呖站鸵呀?jīng)首先被散射，能夠到達(dá)地面的紫色光波很少；與此同時(shí)，我們眼球視網(wǎng)膜的光感受細(xì)胞對紫色光并不敏感，它們更容易被理解成更深的藍(lán)色。

天空總是藍(lán)色的嗎？

當(dāng)然不是。當(dāng)清晨與黃昏時(shí)，太陽的角度很低，我們看到地平線附近的天空會(huì)呈現(xiàn)出艷麗的橙紅色。這時(shí)候陽光在到達(dá)我們的眼球之前需要穿過更多的大氣，于是我們看到鮮艷的霞光。那些波長更短的光無法穿透如此厚的空氣，它們在高空就被散射掉了，因此我們頭頂上方的天空是靛藍(lán)色的。

早晨，靠近地平線的天空更紅

好奇的你可能會(huì)問，我們的地球被稱為藍(lán)色星球，從太空看它呈現(xiàn)出藍(lán)色，是因?yàn)榇髿鈱臃瓷渌{(lán)光嗎？

為什么地球是藍(lán)色的？

實(shí)際上，如果從太空看地球，大氣層只能反射極少的藍(lán)光，我們看到的藍(lán)色星球更多是海洋反射太陽光線的結(jié)果。地球有70%以上的面積覆蓋著海洋，陽光中的藍(lán)色光波在海水中行進(jìn)的距離最長，而其它顏色的光被海水吸收掉了，因此我們看到大海是藍(lán)色的。大海將藍(lán)色的光反射到太空，于是我們看到藍(lán)色的地球。如果地球表面沒有大海，那么它就不是一顆藍(lán)色星球了。