正文

晴朗的天空為什么是藍色

企鵝的腳為什么不怕凍? 作者:(英)米克·奧黑爾


天空顯現為藍色,是一種被稱為瑞利散射的過程引起的。來自太陽的光照射在地球大氣的分子上將發(fā)生朝各個方向的散射。散射光的強度與其頻率,也就是與其顏色有很大關系。藍色光的頻率很高,其散射光的強度十倍于頻率較低的紅色光。

日落時太陽顯示出美麗的紅色,也是存在著這種散射的緣故。當太陽位置很低,靠近地平線時,太陽光要穿過更多的大氣才能夠到達我們的眼睛。太陽光在來到我們眼睛的途中,藍色光被散射掉,而紅光被散射得很少,因而能夠直達我們的眼睛。

天空呈現為藍色,是一種被稱為瑞利散射的過程引起的。根據經典物理學,加速運動的電荷將向外發(fā)出電磁輻射。反之,電磁輻射也可以作用于帶電粒子使之發(fā)生振蕩。一個振蕩的粒子總是在不停地作加速運動,因而將再次發(fā)出輻射。處于這種狀態(tài)的粒子,我們就說它是一個二次輻射源。這種效應被稱為入射輻射的散射。

地球的大氣是由若干種氣體組成的,這些氣體的總合就是空氣。我們可以把空氣中的每一個分子都視為一個電子振蕩器。每一個分子中的電子電荷分布,對于入射輻射而言,將表現為一個散射截面。我們可以把這個散射截面想象為是一塊面積,入射輻射只有射中這塊面積才會發(fā)生散射。被散射的輻射的強度依賴于這個截面的大小。對于瑞利散射,散射截面與入射輻射頻率的4次方成正比。太陽光是由從低頻(紅)到高頻(藍)具有不同頻率的多種可見色光所組成的。太陽光譜中的藍色部分,其頻率高于所有其他可見色光,因此將受到強烈散射。我們仰望天空看到的就是這種散射光,所以天空顯現為藍色。

順便提一下,日落時的太陽顯現為紅色,也是瑞利散射的結果。當太陽靠近地平線時,太陽光斜射過來必須穿過更多的大氣。太陽光在行進途中,其中的藍光受到強烈散射,而紅光由于頻率較低,散射較弱,能夠直達觀測者的眼睛。


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