天空為什么是藍色的？

雨軒

有時候，有些看似簡單的問題卻往往最難以回答，譬如：天空為什么是藍色的。在網(wǎng)絡(luò)時代，你只需要上網(wǎng)“百度一下”，就會得到很多搜索結(jié)果。這些搜索結(jié)果大多數(shù)都似乎說得一樣，但細究起來，又都很難講得清楚。

要知道“天空為什么是藍色的”答案之前，我們先了解一下我們每天都會見到的太陽光。又出來一個問題，太陽光是什么顏色？嗯，似乎是白色。又有同學(xué)說，那暴雨之后我們能看到彩虹 ，那是不是可以說太陽光是彩色的？關(guān)于太陽光的顏色，古代人也進行了很多的猜測，直到1666年，英國著名科學(xué)家牛頓率先用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶，依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。進一步的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，光是一種波，白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的，各種顏色的光有不同的波長。其中，紅光的波長最長，紫光的波長最短，從紅光到紫光波長逐漸變短。

那么，從太陽發(fā)出的白光在穿過大氣層的時候，一定是發(fā)生了什么變化，才讓天空看上去是藍色的。

一百多年前的科學(xué)家也認真地考慮了這個問題，并且做了一些實驗來驗證他們提出的理論。在1869年，英國物理學(xué)家約翰·丁達爾提出，空氣中的灰塵和其他物質(zhì)可能讓光發(fā)生了散射，而其中藍色光被散射得最厲害。為了證明自己的觀點，丁達爾做了實驗。他在實驗中制造了一些煙霧，然后讓一束白光從中穿過。通過實驗觀察，丁達爾發(fā)現(xiàn)煙霧呈現(xiàn)出了深藍色。由此，丁達爾說，如果天空中充滿了完全純凈不含雜質(zhì)的空氣，那么太陽光穿過時將不會發(fā)生散射，純凈的空氣會讓天空看上去也是純白色的。

比丁達爾年齡小一些的同時代科學(xué)家瑞利最初也同意這一觀點，但很快他就改變了看法。在1899年，瑞利公布了自己的論點：讓天空看起來呈現(xiàn)藍色的是空氣本身，而并不是空氣中的灰塵或者煙霧。

環(huán)繞在地球周圍的大氣是由氮氣、氧氣、氬氣以及其他氣體，再加上水蒸氣和冰狀晶體組成的，當(dāng)然其中也包括灰塵、化學(xué)污染物和臭氧層。大氣層中這些氣體分子之間會有一些空隙，當(dāng)太陽光通過這些空隙到達地面時，會保持最初的形態(tài)，也就是白光。但如果陽光直接穿過了氣體分子，比如氧氣，光的能量就會被吸收，從而被分解成不同的形式。

丁達爾想用空氣中雜質(zhì)散射效應(yīng)來解釋天為什么是藍的，后來證明這種理論是錯誤的。

當(dāng)日落或日出時，太陽幾乎在我們視線的正前方。此時，太陽光在大氣中要走相對很長的路程到達我們的眼中，我們所看到的陽光中波長較短的藍紫光大部分都被散射了，只剩下紅色和橙色的光，這就是為什么日出和日落時太陽附近呈現(xiàn)紅色。日出和日落時，太陽附近的云也因為反射太陽光而呈現(xiàn)紅色，但云后面的天空仍然是藍色的。

空氣里氣體分子中的原子在吸收光能被激活后，能發(fā)出各種波長的可見光，從紅色到紫色，它們會向分子周圍散射。有些光會直接到達地面，有些則散射在空中，還有一部分則返回太陽上。雖然白光被空氣中的氣體分子散射成七種顏色的光，但由于波長較短的藍紫光比波長較長的紅光散射更明顯，而短波中又以藍光能量最大，所以在雨過天晴或秋高氣爽時，在大氣分子的強烈散射作用下，藍色光被散射至彌漫天空，天空即呈現(xiàn)蔚藍色。其實天空并不是純凈的藍色，因為同時還有其他顏色的光線也進入了我們的視線。但是由于它們非常黯淡，完全被很亮、很強的藍光給遮掩了。

另外，由于環(huán)繞地球的大氣層的密度隨高度急劇降低，大氣分子的散射效應(yīng)相應(yīng)減弱，天空的顏色也隨高度發(fā)生改變。在距地面8千米的地方，天空由蔚藍色變?yōu)榍嗌?；?1千米處，天空變?yōu)榘登嗌?；?3千米處，天空變?yōu)榘底仙辉?1千米處，天空變?yōu)楹谧仙?；再往上，由于空氣非常稀薄，大氣分子的散射效?yīng)極其微弱，天空便為黑暗所湮沒。在沒有空氣的星球上，如月球，天空即便是在白天也是黑色的。

（責(zé)任編輯 楊朝旭）