晴朗的天空大多數的時候都是藍色的,看上去心情美好,自然界有很多神奇的事情,天空是藍色的這件事情也許會是孩子們好奇的地方,那么為什么會出現這樣的情況呢?背后的原因又是什么?
天空為什么是藍色的
在我們的地球上空,包裹著一層厚厚的大氣。大氣是沒有顏色的,但是當太陽光進入大氣層后,大氣會將太陽光向四周散射。太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光組成的,其中紅光波長最長,紫光波長最短。
波長比較長的紅光透射性最大,能夠直接透過大氣射向地面,橙、黃、綠光也比較容易透過大氣,而波長比較短的藍、靛、紫等顏色的光,卻很容易被大氣散射而無法透過大氣層。
我們知道,光無論是在空氣、水或是其他介質中,總是沿著直線傳播。一旦遇到一個小的顆粒,就有一部分光線偏離原來的方向向四面八方傳播。這就是光的散射現象。
在短波中,藍光能量最大,散射出來的光波也最多,被散射了的藍光布滿天空,就使天空呈現出一片藍色了。
為什么有時天空不是藍色而是白茫茫的
在大氣污染的情況下,比如出現霧和霾時(霧和霾是兩個完全不同的概念),天空總是能見度不佳呈現白色。上文講到過光線遇到較小的氣體分子時發生的散射叫做瑞利散射,當光線碰到粒徑大小接近于或大于光線波長的粒子時,發生的散射叫米氏散射(或米氏散射)。
與瑞利散射不同的是,米氏散射的強度幾乎與波長無關,而且光子散射后的性質也不會改變,因此經米氏散射后的光線呈現白色或灰色。在霧天或霾天時,空氣中懸浮著大量的水滴、煙、塵等顆粒,光線透過時主要是米氏散射,因此我們看到的總是白茫茫甚至是灰色的一片。
天為什么是藍的,而不是綠的或紅的呢
首先你得明白一個道理:我們周圍的事物之所以顯現出顏色來,僅僅是因為陽光照射著它們。雖然陽光看上去是白色的,但是所有的顏色:赤、橙、黃、綠、青、藍、紫,在陽光里都存在。
天空里有這么多顏色,為什么我平時看到的只有藍色呢?你可能會問。
如果你把光線設想為波浪,你就會猜破這個謎了。光其實是像一個波浪那樣在運動的。我們來設想一下一滴雨落在一個水洼里的情景。
當這滴雨落到水面上時,就會產生小波浪,波浪一起一伏地變成更大的圈,向著四面八方擴展開去。如果這些波浪碰上一塊小石子或一個別的什么障礙物,它們就會反彈回來,改變了波浪的方向。
而陽光從天空照射下來,一樣會連續不斷地碰到某些障礙。因為光所必須穿透的空氣并不是空的,它由很多很多微小的微粒組成。其中百分之九十九不是氮氣便是氧氣,其余則是別的氣體微粒和微小的漂浮微粒,來源于汽車的廢氣、工廠的煙霧、森林火災或者火山爆發出來的巖灰。
雖然氧氣和氮氣微粒只是一滴雨水的一百萬分之一,但是它們也照樣能阻擋陽光的去路。光線從這些眾多的小“絆腳石”上彈回,自然也就改變了自己的方向。
可是那么多顏色的光改變了方向,為什么只有藍色被看到呢?你可能還是不明白。
我們還得回到剛才說的那個水洼里。
水洼里,小的波浪遇到小石子的話,水面便被搞得混亂不堪;但如果是一個“巨浪”,像你用手在水洼邊掀起的那種“巨浪”,它就有可能干脆從石頭上溢過去,并暢通無阻地到達水洼的對面邊緣。
那么,就像有大波浪和小波浪一樣,各種各樣顏色的光波也有不同的“波浪”,也就是波長:不過它們可不像水波的波浪,用肉眼是看不出它們的大小的,因為它們小得難以想像,只是一根頭發的一百分之一!得用很靈敏的測量儀表才可以精確地測定出來。
根據科學家的測定,藍色光和紫色光的波長比較短,相當于“小波浪”;橙色光和紅色光的波長比較長,相當于“大波浪”。當遇到空氣中的障礙物的時候,藍色光和紫色光因為翻不過去那些障礙,便被“散射”得到處都是,布滿整個天空—天空,就是這樣被“散射”成了藍色。