天空为何是蓝色?

浏览次数:799发布时间:2020-06-30 16:15:50文章分类: P嗨生活

天空为何是蓝色?
图片来源:摘自《观念物理4》

如果某一特定频率的声波传向一支频率相近的音叉,这支音叉会被引发振动,并将声波向多种方向重新发射出去,我们说这支音叉在「散射」声音。在大气中,空气分子与相距遥远的灰尘之间,也会依照类似的过程散射光线。

我们在前面讨论过,原子和分子的反应类似微小的光学音叉,能将照射其上的光波重射出去;非常微小的粒子也是如此,粒子愈小,能散射的光波频率愈高,就好像小铃铛发出的音比大铃铛要高一样。

组成大气的氮分子、氧分子及许多微小粒子,在吸收了太阳光的能量之后,就会像小铃铛般以高频率「发声」,而重射光波也会如铃铛发出的声波一样,向四面八方传播而被散射出去。太阳射出的紫外线,大部分会被大气上层的臭氧层吸收,其余的紫外线则在通过大气时,被粒子和空气分子散射。

在可见频率的範围内,紫色光被散射得最多,其次依序为蓝色光、绿色光、黄色光、橙色光,最后是红色光;红色光被散射的程度仅有紫色光的十分之一。虽然紫色光散射得比蓝光多,可是我们的眼睛对紫色光不太敏感,却对蓝色光比较敏感,所以我们会看见蓝色的天空。

天空的蓝色也会因空气的成分而异。在含尘量高,或大气中含有比氧分子、氮分子大的其他粒子的地区,会有较多低频率的光被散射,使天空看起来没那幺蓝,而是略带白色。大雨过后,空气中的尘粒及废气被雨水洗刷掉,天空就呈现较深的蓝色。

在大气层的愈高处,空气里可散射的分子也愈少,因此颜色看起来愈暗。在没有空气分子的地方,例如在月球上,「天空」就变成了黑色。许多大小不等的水滴(其中有些非常微细)聚集起来,就成为云朵。

水滴的不同大小,造成各种频率的光的散射,较大的水滴散射低频率的光,微小的水分子则散射高频率的光,总合起来的结果就是白云。小水滴中的电子会一起同步振动,因而比同等数量的电子分别振动所能散射出的能量要多,因此云的颜色才会这幺明亮!

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《观念物理4》
天空为何是蓝色?