过去一直有人认为,因为天空是蓝色的,大海反射了天空的颜色,所以,大海是蓝色的。
其实,这种说法不对,天空和大海呈现蓝色,都是因为对太阳光的散射,但彼此不相互影响。
牛顿最早用实验证实,太阳光是由红橙黄绿蓝靛紫七种色光组成的。
不同颜色的光波长不同,按红橙黄绿蓝靛紫的顺序,波长逐渐减小。
太阳光进入大气层后,大气中的气体分子和微尘会使太阳光发生散射,并且,不同波长的光散射程度不同,波长越短,散射的越厉害。
因此,太阳光中的红橙黄光散射较弱,蓝靛紫光散射较强,所以看到天空是蓝色的。
同样,太阳光照射海水,大海表面的水分子使太阳光发生散射,散射比较强的依然是蓝靛紫光,所以,大海也是蓝色的。
另外,早晚太阳斜射大地,在大气层中穿过的厚度更大,蓝靛紫光散射的更厉害,能穿过大气层传播到大地的太阳光中红橙黄光相对就强烈一些,所以,看起来太阳红彤彤的。
还有,发生月食时,本来太阳光不能照射到月亮,月亮也就不会有光线反射到地球,人眼看不到月亮,事实是,我们不仅能看到月亮,而且能观赏到一种天文奇观:红月亮。
首先,太阳光在穿过不均匀的大气层时,并不是沿直线传播,而是不断改变传播方向,结果就有光线照射到月球上。
其次,照射到月球上的太阳光从大气层穿过,比早晚时人们看到的太阳光穿过的大气层厚度整整多了一倍,散射得更厉害,蓝靛紫光更弱。
再经月亮反射后回到地球,又要进一步散射,进入人眼的主要就是红光。
不过,由于月亮反射光的能力较弱,进入人眼的光线比太阳光要弱得多,所以,看到的月亮是暗红色。
在课本上我们曾经学到的知识是,空气中存在着很多微小的颗粒,阳光经过它们,蓝光被散射的最多,所以,我们看到了天空是蓝色的。
还有另一个说法是,天空之所以是蓝色的,是因为那是臭氧本来的颜色。
这两个说法看似合理,但在一尘不染的天空为什么是蓝色?没有臭氧的大海,为什么也是蓝色的呢?要解释这个现象,首先要明白一个名词:瑞利散射。
它是指微粒尺度远小于入射光波长时(小于波长的1/10),光散射强度与入射光的波长四次方成反比,这种现象称为瑞利散射。
说人话!这是一种光学现象,当微粒足够小的时候,光线经过它时,波长越小散射作用越强。
上图是各种光波长的对比,在可见光中,红光的波长是最长的,而紫光是最短的,蓝光仅次于紫光。
好了,我们运用瑞利散射的原理,来解释下,天空为什么是蓝色的?一束太阳光射向地球,各种波长的光混合在一起,是白光。
如果没有空气的散射作用,站在地面上的你看到的将是黑色的太空,只有太阳是明亮的。
此时,光开始进入大气层,并被空气分子们散射,红光因为波长很长,所以很轻易的就穿了过去,直接到达了地面,而蓝光则不一样,它被空气分子们散射开来,让蓝光充满了天空,进而让天空呈现出蔚蓝的颜色。
等等,照我这么说,紫光波长更短更容易被散射,那天空应该看起来是紫色啊?!没错,紫光更容易被散射,但是它在可见光中所见的比重很小,还有我们眼睛肿的视觉细胞对蓝色更加敏感,而对紫色是不敏感的。
这就是天空没有变成紫色的原因。
雨夜的天空会呈现紫色,是因为穿透里最强的红光与夜幕颜色混合产生的。
瑞利散射可以用于解释很多自然现象。
晚霞为什么是红色,就是因为太阳光线要穿过更厚的大气,蓝光被散射地很厉害,反而红光轻而易举的穿过,照射到云层上,进而反射到了我们眼中,让云变成了红色。
为什么大海是蓝色的,也是瑞利散射,蓝光被散射的原因。
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