先找出导致这种现象的原因我们对早晨和傍晚的太阳相当熟悉,而且印象深刻,有时的太阳更是染红了整片天空!而恰好这种现象发生在日出或日落,都在地平线附近,但是这只是太阳的本领吗?你仔细回想下有没有发现过离地平线很近又大又红的月亮?事实证明,不仅仅是太阳,就连光线的搬运工月亮也有这样的本领。
即使在城市的大气环境中也是如此!下面这张照片更充分的展示了月亮颜色的变化!这是怎么回事呢?我刚才强调了两点问题:变成红色不是太阳或月亮独特的本领,说明这和光源没有关系,对吧!不管是月亮还是太阳,变成红色的时候,它们有一个共同点,就是都处在地平线附近!我们没有在头顶见过红色的太阳或月亮吧!综合以上几点,我们就来看看,在地平线处和高处太阳和月亮有什么不同,到底是什么因素导致了颜色的变化!上图看到了什么?在高处和地平线处唯一的区别就是穿过大气的厚度不同!那么我们已经找到原因了!是地球的大气层惹的祸!那么我们的大气层到底干了什么?答案很简单,地球大气会散射光线,并且对不同波长的光有不同的散射作用。
大气层更善于散射蓝光,这意味着蓝光很容易就分散在天空中。
但是红光就更容易穿过大气层,这就是为什么地平线上的太阳或月亮看起来更红:更多的蓝光被散射,而红光大部分通过大气层被我们看到。
这也解释为什么天空是蓝色的!下面张照片是在500米高空拍摄的日落之后的天空但还有一个巨大的影响,你可能已经想到了。
当太阳直射在头顶,或者太阳稍微远离地平线时,大气就没有那么强的散射作用了。
因为地球非常大,直径13000公里,但是地球的大气层非常稀薄。
事实上,对流层(呼吸的地方)包含了地球80%的空气,平均只向上延伸17公里。
所以和地球比起来相当薄!穿过17公里的空气对光线来说没有多大的影响,其中约84%的光线都会顺利通过。
但是当出现在太阳或月亮出现在地平线的时候,光穿过的大气层要厚的多。
以月球为例:当月球在上空时,光线只需要经过17公里的对流层,但是当月亮在地平线上时,光线就要穿过465公里的对流层!这么厚的大气不仅能驱散大部分蓝光,还能驱散来自月球的99%的光!所以,基本上只有红灯才能通过。
同样的现象不仅解释了为什么日落时天空看起来是红色的,也解释了为什么月食时月亮看起来是红色的!因为唯一通过的光是那一点点红光,它穿过地球的大气层,照射到月球上:所以经常有小伙伴会问:我拿着手电筒往天空照,光线能穿到哪?我觉得手电筒那么弱的光,想穿过大气都费劲,我建议用红光!你觉得呢!
科学爱好者报到。
光是一种电磁波。
太阳发出的光线是各种颜色(既波长)混合后的光线。
其中,人眼可见的光,大约为波长360到780纳米的光。
可见光大致能分成七种颜色:红橙黄绿青蓝紫,其中红光的频率最低,波长最长,对地球大气层的穿透(准确讲叫衍射)性最好。
早晨和傍晚,我们欣赏日出和日落时,因为这时太阳的位置较低,发出的光线需要穿过几千公里厚的大气层才能到达我们眼中。
这种情况下,就只有可见光中波长最长的红、橙、黄光能穿越大气层了,其它波长的光呢?它们在穿越中能量逐渐衰减,被大气层挡住了。
下图中的旭日,因为光线穿过了距离不同、成分不同的大气,被分成了三个颜色。
最下面一部分穿越距离最长、空气中灰尘水汽杂质最多,所以仅剩波长最长的红色了。
如果你正午时分看太阳,此时太阳正在天空正中,光线只需穿过三百公里的大气层就能进入你眼中了。
所有波长的光都揉合在一起,故而此时的太阳是白色的(不建议尝试)。
地球大气并不纯净,底层大气含有大量颗粒和水珠。
如此,具备强衍射特性的红光就很有用了。
比如交通信号灯、汽车示廓灯、飞机航行灯、高塔警示灯……它们都发出红色的灯光,为的就是使人在远处也能看见。
我是科学爱好者章北海,不列公式,不堆数据,让科学不再枯燥无聊。
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