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为什么天空是蓝的?
我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳辐射中的可见光进行选择性散射的结果.散射强度与微粒的大小有关.当微粒的直径小于可见光波长时,散射强度和波长的4次方成反比,不同波长的光被散射的比例不同,此亦成为选择性散射.当太阳辐射的可见光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射.组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中,红光波长最长,紫光波长最短.波长比较长的红光透射性最大,大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面.而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射.以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例,当光穿过大气层时,被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍.因此晴天天空是蔚蓝的.但是,当空中有雾或薄云存在时,因为水滴的直径比可见光波长大得多,选择性散射的效应不再存在,不同波长的光将一视同仁地被散射,所以天空呈现白茫茫的颜色.
如果说短波长的光散射得更强,你一定会问为什么天空不是紫色的.其中一个原因就是在太阳辐射的可见光透过大气层时,空气分子对紫色光的吸收比较强,所以我们所观测到的太阳辐射可见光中的紫色光较少,但并不是绝对没有,在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光.另外一个原因和我们的眼睛本身有关.在我们的眼睛中,有3种类型的接收器,分别称之为红、绿和蓝锥体,它们只对相应的颜色敏感.当它们受到外界的光刺激时,视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色,也就是我们所看到物体的颜色.事实上,红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映,红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激,此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强,最后它们联合的结果是蓝色的,而不是紫色的.
