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為什麼晴朗的天空是藍色的,而夕陽是紅色的?
紅光散射嗎
今天上午在電動力學課上老師給我們講解了一個非常有意思的現象,為什麼晴朗的天空是藍色的,而夕陽是紅色的?其實在講解這個現象之前我們先學習了總輻射功率P(也即單位時間輻射出去的總能量),透過平均能流密度對球面積分我們即可求得總輻射功率P。
透過計算我們可以看出總輻射功率P是與頻率ω4成正比的,那麼當頻率ω增大時,輻射頻率P也會迅速增大。
那麼晴朗的天空為什麼是藍色的呢?這就要從“瑞利散射”開始說起。瑞利勳爵是英國的一位物理學家,在聲學、光學、電動力學、流體力學等各個領域都頗有建樹。他在研究中發現,大氣中的氮氣、氧氣等分子對太陽光的散射強度與太陽光的波長有關。具體來說,散射強度與入射波長的四次方成反比,即波長越短,散射作用越強。這得太陽光中短波長的光線被大量散射到各個方向,而長波長的光線幾乎直接透過。
人所能看到的光的波長在380~ 780 奈米,而紫外光區和紅外光區是人眼所看不到的。同時由於瑞利散射的強度與波長四次方成反比,所以太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長得紅光散射更明顯,而短波中又以藍光能量最大,所以在雨過天晴或秋高氣爽時(空中較粗微粒比較少,以分子散射為主),在大氣分子的強烈散射作用下,藍色光被散射至瀰漫天空,天空即呈現蔚藍色。
其實太陽光譜中紫色光比藍色光波長更短,那麼為何天空不是紫色的呢?這是因為太陽光中紫光含量較少,而且人眼對紫光不敏感,所以藍光才起到了主導作用。而直視太陽時,短波長的光由於都被散射到四面八方,因此進入眼鏡的反而是更長波長的黃色光。
但早晨和傍晚我們直視太陽時,由於太陽高度很低,到達我們人眼的太陽光經歷了更長的路程,就連黃色的光都被散射了,剩下的則是更長波長的紅光,因此看起來太陽呈現紅色。
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