天空为什么是蓝色的?

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  有时候,有些看似简单的问题却往往最难以回答,譬如:天空为什么是蓝色的。在网络时代,你只需要上网“百度一下”,就会得到很多搜索结果。这些搜索结果大多数都似乎说得一样,但细究起来,又都很难讲得清楚。
  要知道“天空为什么是蓝色的”答案之前,我们先了解一下我们每天都会见到的太阳光。又出来一个问题,太阳光是什么颜色?嗯,似乎是白色。又有同学说,那暴雨之后我们能看到彩虹 ,那是不是可以说太阳光是彩色的?关于太阳光的颜色,古代人也进行了很多的猜测,直到1666年,英国著名科学家牛顿率先用三棱镜观察到光的色散,把白光分解为彩色光带,依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。进一步的科学研究发现,光是一种波,白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的,各种颜色的光有不同的波长。其中,红光的波长最长,紫光的波长最短,从红光到紫光波长逐渐变短。
  那么,从太阳发出的白光在穿过大气层的时候,一定是发生了什么变化,才让天空看上去是蓝色的。
  一百多年前的科学家也认真地考虑了这个问题,并且做了一些实验来验证他们提出的理论。在1869年,英国物理学家约翰·丁达尔提出,空气中的灰尘和其他物质可能让光发生了散射,而其中蓝色光被散射得最厉害。为了证明自己的观点,丁达尔做了实验。他在实验中制造了一些烟雾,然后让一束白光从中穿过。通过实验观察,丁达尔发现烟雾呈现出了深蓝色。由此,丁达尔说,如果天空中充满了完全纯净不含杂质的空气,那么太阳光穿过时将不会发生散射,纯净的空气会让天空看上去也是纯白色的。
  比丁达尔年龄小一些的同时代科学家瑞利最初也同意这一观点,但很快他就改变了看法。在1899年,瑞利公布了自己的论点:让天空看起来呈现蓝色的是空气本身,而并不是空气中的灰尘或者烟雾。
  环绕在地球周围的大气是由氮气、氧气、氩气以及其他气体,再加上水蒸气和冰状晶体组成的,当然其中也包括灰尘、化学污染物和臭氧层。大气层中这些气体分子之间会有一些空隙,当太阳光通过这些空隙到达地面时,会保持最初的形态,也就是白光。但如果阳光直接穿过了气体分子,比如氧气,光的能量就会被吸收,从而被分解成不同的形式。
  丁达尔想用空气中杂质散射效应来解释天为什么是蓝的,后来证明这种理论是错误的。
  当日落或日出时,太阳几乎在我们视线的正前方。此时,太阳光在大气中要走相对很长的路程到达我们的眼中,我们所看到的阳光中波长较短的蓝紫光大部分都被散射了,只剩下红色和橙色的光,这就是为什么日出和日落时太阳附近呈现红色。日出和日落时,太阳附近的云也因为反射太阳光而呈现红色,但云后面的天空仍然是蓝色的。
  空气里气体分子中的原子在吸收光能被激活后,能发出各种波长的可见光,从红色到紫色,它们会向分子周围散射。有些光会直接到达地面,有些则散射在空中,还有一部分则返回太阳上。虽然白光被空气中的气体分子散射成七种颜色的光,但由于波长较短的蓝紫光比波长较长的红光散射更明显,而短波中又以蓝光能量最大,所以在雨过天晴或秋高气爽时,在大气分子的强烈散射作用下,蓝色光被散射至弥漫天空,天空即呈现蔚蓝色。其实天空并不是纯净的蓝色,因为同时还有其他颜色的光线也进入了我们的视线。但是由于它们非常黯淡,完全被很亮、很强的蓝光给遮掩了。
  另外,由于环绕地球的大气层的密度随高度急剧降低,大气分子的散射效应相应减弱,天空的颜色也随高度发生改变。在距地面8千米的地方,天空由蔚蓝色变为青色;在11千米处,天空变为暗青色;在13千米处,天空变为暗紫色;在21千米处,天空变为黑紫色;再往上,由于空气非常稀薄,大气分子的散射效应极其微弱,天空便为黑暗所湮没。在没有空气的星球上,如月球,天空即便是在白天也是黑色的。
  (责任编辑 杨朝旭)
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