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天空為什麼是藍色?夕陽為什麼是紅色?
太陽光是不是複合光
天空為什麼是藍色?夕陽為什麼是紅色?實際上這些都是物理現象,由於太陽光在穿過大氣層時,空氣分子會對陽光產生一種被稱為“瑞利散射”的物理過程,波長越短的光,被散射的越厲害,因此導致了天空整體呈現藍色,夕陽呈現紅色等現象。
實際上在瑞利散射被提出之前,人們普遍認為天空的顏色與丁達爾效應有關,說起丁達爾效應,不少朋友都應該有印象,中學化學課上就學過,人們用這個效應來區分溶液和膠體,當光線穿過膠體時,會在光線路徑上產生一條明亮的通路,而溶液則不會(背後的原因就是光在膠體內部發生了散射現象,雖然溶液也可以發生此現象,但過於微弱)。
因此當時的科學家為了解釋天空為什麼藍色這個問題,就將丁達爾效應強行應用到大氣上去,認為光線在穿過大氣層時,會遇到空中的塵埃、小冰晶、水珠等眾多的小顆粒,而陽光是一種複合光,在發生散射時,短波會更容易,而短波恰好對應的顏色是偏藍的,所以天空呈現藍色。(實際上對於塵埃、小冰晶等這些尺寸有些大的小顆粒,散射效應並不是很強,但理論上,散射現象也是存在的,因此從這個角度看來,用丁達爾效應解釋,也算說得過去)
不過按照這個理論來講,乾旱地區與潮溼地區的天空顏色應該會有明顯差異,因此不同地區所對應的大氣環境並不是完全一致的,大氣中的塵埃、小冰晶、水珠等數量都大有不同,因此如果用丁達爾效應解釋的話,不同的地區的人們所看到的天空顏色應該是不一致的,然而事實卻不是這樣,不論是乾旱、潮溼、嚴寒、酷暑,所有人看到的藍天基本都是一個色調,這又該如何解釋呢?
約翰·威廉·斯特拉特,瑞利男爵
直到瑞利散射被科學家發現,這個問題才得到了合理解釋。簡單來說,散射現象不僅出現在類似塵埃等小顆粒身上,對於氣體分子同樣會發生散射,並且散射量與波長的四次方成反比,或者說與頻率的四次方成正比。
那這樣導致的結果就是藍光更容易散射,考慮這樣一個場景,正午時分,太陽光穿過大氣照射到地面,由於瑞利散射,藍光在大氣層中四處傳播,最後再傳播到人眼中,於是天空自然就是成了藍色。
然而這個過程中太陽光經過的大氣厚度比較薄,因此藍光散射的不多,所以太陽本身包括四周的天空都不會顯示紅色,然而到了傍晚,太陽快落山時,光線穿過的大氣層比較厚,因此藍光散射的多,於是紅光就比較明顯了,這就是所謂的夕陽。
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