天空为什么是蓝色的?七个角度分析,看完恍然大悟

万里无云的蓝天是蓝色的，那是因为在空气中分子散射太阳光线当中蓝色部分的能力高于其散射红色光线的能力。日暮时分我们看到落日呈现红色与橘黄色，这是因为蓝色光被散射并且朝着视线以外的方向传播。

太阳发出的白色光包含了彩虹色的所有颜色。牛顿利用多棱镜分离得到了不同的颜色并制成色谱证明了这一点。不同颜色光线具有不同的光波的波长。可见光色谱范围跨越最长720nm的红光到最短的380nm的紫光，其中包含橘黄，黄，绿，蓝和靛蓝的光波波长。人眼视网膜上的色彩接收器对于红绿蓝三种颜色有较强的接收能力，三种颜色的组合形成了人眼的色觉。

1.丁达尔效应

丁达尔在1859年提出的丁达尔效应奠定了我们能够正确解释天空颜色的最初几步。他发现，当光线通过具有小微粒的透明悬浮液的时，光波较短的蓝色光线比红色光线具有更强的散射现象。当一束白色光线入射到盛有肥皂水或者牛奶与水的水箱当中。从水箱的侧面看去，可以观察到光柱在途中产生了蓝光散射的现象，在光柱出射端，光线在经过水箱之后变成了红色。光线的偏振极化现象也可以通过偏振滤光片来观察，其道理可类比于我们戴上偏光太阳眼镜后可以看到颜色加深的深蓝色的天空。我们把如上现象称为丁达尔效应，对于物理学家来说他们也把这种现象称作瑞利散射，以为散射现象做出详细解释的瑞利男爵的名字命名。瑞利男爵发现，在存在充分散射粒子的前提下，散射光线的量与光波长的四次方成反比。由此推知，蓝光的散射量是红光的(700/400)4 ~= 10倍。

2.尘埃还是分子？

丁达尔与瑞利原本认为天空呈现的蓝色与大气层当中的灰尘或者水蒸气的小颗粒对光线的散射有关系。甚至今日，也有人会错误地用这两种原理来解释天呈现的蓝颜色。科学家们后来了解到，如果这种理论是正确的，那么我们可以推理得到的当天空当中的湿度上升或者有云雾的天气条件下，天空的颜色应该由于散射而呈现出五彩缤纷的颜色的错误结论，因此科学家们认定散射的粒子主要是空气中的氧气分子和氮气分子，而非空气中的尘埃。在1911年爱因斯坦首次论证了空气分子散射光线的理论，他通过方程式计算了分子对于光线的散射，其理论计算数值与实际实验结果吻合，甚至能够通过提出的方程式比照观察得到的结论来验证阿伏伽德罗常数。这些分子能够散射光的原因在于光线的电磁场诱发了分子当中的电磁距的变化与排列。

3.为什么不是紫外线光？

如果短波的光波能够具有更强烈的散射，那么天空为什么没有呈现出最短波长的可见光——紫光的颜色？太阳辐射的光线在每个波长之上分布并不是均匀的，并且高空大气层可以吸收一部分散射光线，因此在光线中紫色的散射光线部分就更少了。我们的眼睛对于紫光是不敏感的。尽管这可能是答案的一部分，然而彩虹中折射的光线让我们看到在可见光部分中靛蓝和紫光的比例是超过蓝光的。答案的另外一部分就在于我们视觉的工作原理。在我们的视网膜或者视网膜锥中，有三种颜色的接收器。这些接收器由于分别对三种波长的光波接收能力明显而被命名为红，蓝和绿感光光锥。随着这三种光锥接收三种颜色光比例的变化，我们的视觉系统构建了我们可以见到的光的颜色。