天空為什么是藍(lán)色的原因分析

　　天空為什么是藍(lán)的？原因并不像常見(jiàn)回答中所說(shuō)的，是因?yàn)椤翱諝庵袝?huì)有許多微小的塵埃、水滴、冰晶等物質(zhì)，當(dāng)太陽(yáng)光通過(guò)空氣時(shí)，波長(zhǎng)較短的藍(lán)、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(xiàn)出蔚藍(lán)色。”

　　與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)（約400納米~700納米）相比，空氣中的塵埃、水滴等微粒遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽(yáng)光中的可見(jiàn)光波長(zhǎng)，因此當(dāng)陽(yáng)光遇到這些顆粒物的時(shí)候，它們會(huì)向不同的方向反射。但是，這樣的反射對(duì)于不同波長(zhǎng)（或者說(shuō)不同顏色）的光來(lái)說(shuō)，效果都是相同的。換句話說(shuō)，塵埃等顆粒物反射出來(lái)的，仍然是包含所有顏色的白光。如PM2.5即空氣中懸浮著的尺度≤2.5微米的顆粒物造成的污染，所以當(dāng)空氣污染指數(shù)很高的時(shí)候，天空會(huì)是白茫茫的一片。

　　那天空為什么是藍(lán)色的呢？實(shí)際上，空氣中確實(shí)存在大量尺度比可見(jiàn)光波長(zhǎng)更小的微粒就是空氣中的多種氣體分子，比如氧氣和氮?dú)夥肿拥摹爸睆健倍际?.3納米左右。遇到這些氣體分子的時(shí)候，有些光子就會(huì)被吸收。一段時(shí)間之后，分子又會(huì)釋放出另一個(gè)光子。放出的光子跟吸收的光子顏色相同，但是方向變了。雖然所有顏色的光子都會(huì)被吸收，但頻率較高（即顏色較藍(lán)）的光子比頻率較低（顏色較紅）的光子更容易被吸收。這個(gè)過(guò)程被稱為瑞利散射，是以19世紀(jì)70年代最先描述這一過(guò)程的英國(guó)物理學(xué)家約翰？瑞利爵士的名字命名的。

　　那么，藍(lán)色光更容易與空氣分子發(fā)生瑞利散射，又怎么會(huì)產(chǎn)生藍(lán)天呢？先做個(gè)簡(jiǎn)單的假設(shè)，如果不存在任何空氣，天會(huì)是什么顏色？雖然我們大多數(shù)人都沒(méi)有上過(guò)太空，但從阿波羅登月的紀(jì)錄片中可以看到，月亮上哪怕太陽(yáng)當(dāng)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(yáng)光在大氣的傳播途中，偏藍(lán)色的光更容易發(fā)生瑞利散射而被偏折到了與陽(yáng)光原來(lái)傳播的方向不同的方向上。于是，我們就算不直對(duì)著太陽(yáng)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(lán)光）射入我們的眼睛，于是就看到了藍(lán)天。

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