为什么天空是蓝色的?用物理知识回答!

Question

为什么天空是蓝色的?
用物理知识回答!

Answer 1

天为什么是蓝的,而不是绿的或红的呢?
首先你得明白一个道理：我们周围的事物之所以显现出颜色来,仅仅是因为阳光照射着它们.虽然阳光看上去是白色的,但是所有的颜色：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫,在阳光里都存在.
天空里有这么多颜色,为什么我平时看到的只有蓝色呢?你可能会问.
如果你把光线设想为波浪,你就会猜破这个谜了.光其实是像一个波浪那样在运动的.我们来设想一下一滴雨落在一个水洼里的情景.当这滴雨落到水面上时,就会产生小波浪,波浪一起一伏地变成更大的圈,向着四面八方扩展开去.如果这些波浪碰上一块小石子或一个别的什么障碍物,它们就会反弹回来,改变了波浪的方向.
而阳光从天空照射下来,一样会连续不断地碰到某些障碍.因为光所必须穿透的空气并不是空的,它由很多很多微小的微粒组成.其中百分之九十九不是氮气便是氧气,其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒,来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰.虽然氧气和氮气微粒只是一滴雨水的一百万分之一,但是它们也照样能阻挡阳光的去路.光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回,自然也就改变了自己的方向.
可是那么多颜色的光改变了方向,为什么只有蓝色被看到呢?你可能还是不明白.
我们还得回到刚才说的那个水洼里.
水洼里,小的波浪遇到小石子的话,水面便被搞得混乱不堪；但如果是一个“巨浪”,像你用手在水洼边掀起的那种“巨浪”,它就有可能干脆从石头上溢过去,并畅通无阻地到达水洼的对面边缘.那么,就像有大波浪和小波浪一样,各种各样颜色的光波也有不同的“波浪”,也就是波长：不过它们可不像水波的波浪,用肉眼是看不出它们的大小的,因为它们小得难以想像,只是一根头发的一百分之一!得用很灵敏的测量仪表才可以精确地测定出来.
根据科学家的测定,蓝色光和紫色光的波长比较短,相当于“小波浪”；橙色光和红色光的波长比较长,相当于“大波浪”.当遇到空气中的障碍物的时候,蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍,便被“散射”得到处都是,布满整个天空—天空,就是这样被“散射”成了蓝色.
发现这种“散射”现象的科学家叫瑞利,他是在130年前发现的,他也是诺贝尔奖获得者.
用“散射”现象,你就可以解释下面这些天象了：
比如在你头顶的天空是蓝色的,可是在地平线—天地相接的地方,天空看上去却几乎是白色的.为什么?就是因为阳光从地平线到你这个地方比起它直接从空中落下来,需要在空气中走的路程要远得多—而在一路上它所擦过的微粒子也自然就要多得多.这些大量的微粒子就这样多次散射出光,所以它显得白中透着淡蓝.建议你做一个小实验来验证一下：拿一杯水,把它放在一个黑暗的背景里,放进一滴牛奶,再拿一只手电筒照射杯子的一端,并靠近它,手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色.如果你往水里放进的牛奶越多,水就越白,因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射,结果就是白色的.道理跟在地平线上空是白色的一样.
太阳落山时的傍晚,天空不显现蓝色而显现红色,正在下落的太阳也变成暗红色,也是一样的道理.由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒,使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去,仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线—因为它们的波长长、“波浪大”,翻过了路上的障碍.
不过,细心的你会发现,天穹在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色.这也曾经是科学家们关心的一件怪事,不过几个物理学家已经在50年前揭开了这个谜：导致黄昏时天空的蓝色,是一种特别的物质.这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成厚厚的一个层面,叫臭氧层.这种气体对正在下落的太阳光起到像颜色过滤器那样的作用：它截获太阳光中的黄色和橙色的部分,却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过.当最后的少许光消失时,所有的颜色才消失在黑暗的夜色中.
臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空,还吞下一种你无法看见的特殊的光线：紫外线的光,或称紫外线.你一定曾经听说过,紫外线对所有的生物（当然也包括对你）有多么危险.如果它在你的裸露的皮肤上照射得太长久,你就会得晒斑.臭氧层到处都有足够的厚度能截获尽可能多的紫外线：这对于我们这个星球上的全体生命来说,是极其重要的.
可惜,在今天,这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了,在南极上空甚至已经形成了一个大的空洞.而破坏臭氧的凶手就是“氟里昂”—一种人们用来喷洒护发摩丝或用在冰箱和空调上制冷的物质.这是一种对臭氧层特别有害的物质,所以许多国家已经不再使用这种“臭氧杀手”了.
今天我们学到了为什么我们眼中的天空是蓝色的.其实从地球以外望过来也是一样：覆盖我们地球三分之二面积的海水也散发着蓝光,陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色,然而上空却总是蓝色的—从宇宙中看来,整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱.从大气层外看见过地球的天文学家报道过这一情况.
所以地球被称做“蓝色星球”是完全正确的.它那独特的蓝色,就是生命的颜色.