您现在的位置: 首页 > 网站导航收录 > 百科知识百科知识
为什么天空是蓝色的？
波长,天空,蓝色为什么天空是蓝色的？
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
橙色：波长约590—625纳米，频率约510—480兆赫；
黄色：波长约565—570纳米，频率约530—510兆赫；
绿色：波长约500—565纳米，频率约600—530兆赫；
青色：波长约485—500纳米，频率约620—600兆赫；
蓝色：波长约440—485纳米，频率约680—620兆赫；
紫色：波长约380—440纳米，频率约790—680兆赫；
通过上述数据我们看到，紫色光的频率最高、波长最短，红色光的频率最低、波长最长，但是这两种光因为波长过长和过短，我们用肉眼是看不见的。
既然阳光有这么多颜色，为什么天空却只是蓝色的呢?
我们知道，光都是以直线传播的，但这仅局限于在没有外界物质干扰的情况下。在实际环境中，当光传播时不可避免要遇到空气中的水蒸气和其他微粒。在这些颗粒的阻挡下，波长较长的光（红色光、橙色光等）可以从这些颗粒上直接跨越过去，没有向四面折射。但是波长较短的光（蓝色光和紫色光）就没有这么强势了，它们因为波长太短无法跨越过去，被这些颗粒反射或折射成了各个方向的散光，发散的到处都是，这样一来，天空就被散射成了蓝色。
这个原理可以用更加形象的现象进行描述，我们把空气中的颗粒当成水中的小石块，把阳光的传播当成水面上的波浪。当一个物体砸落到水面上时, 就会产生一层层的涟漪，这些波浪就会向四周扩散。这时候，如果扩散中的波浪（阳光）碰上一块小石块（空气中的颗粒）的话，大波浪（波长较长的光）就会直接从小石块上溢过去，而小波浪（波长较短的光）会被石块打乱。
所以在光的传播过程中, “小波浪” ( 波长短) 的蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍，被“散射”得到处都是, 布满整个天空，这样一来，天空就变成了蓝色的了。
在上面的解释中，我们定性的描述了不同波长的光在碰到颗粒时会引发不同的反应，而其中定量的描述，是由英国物理学家瑞利发现的。瑞利通过实验发现：光的散射强度与波长的4次方成反比，为表彰瑞利的这一特殊贡献，科学家称这种现象为“瑞利散射”。
这一现象可以用下面的实验进行验证：假设装水容器的左侧有一光源S，当光源S发出的光束射到装满水的透明容器上，当容器内倒入豆浆等液体使其变浑浊后，阳光在穿过容器时就会发生散射。人从垂直于光的传播路径的方向( 图中的Y方向) 观察时，散射光是青蓝色的，说明此入射光中含较多的短波，当人从正对着入射光的方向(图中的X方向) 观察时，通过容器的光是红色的。
下图是实验原理图。
上面我们讲到，光的散射强度与波长的4次方成反比，其实，这是有前提条件的，前提就是微粒的直径小于可见光的波长。按照反比关系，阳光在穿越大气时，阳光中波长比较长的红光的散射强度最小，因此大部分能够直接透过大气中的杂质投向地面。而波长较短的蓝色、紫色光因为波长短，散射强度大而被颗粒散射在空中。按照计算和试验数据表明，当一束光穿过大气层时，被空气中的微粒散射的蓝光和紫光约比红光多5至6倍。
既然越短波长的光散射越强，为什么天空不是紫色的？
上面我们说到，蓝色光和紫色光因为波长较短被颗粒散射，但紫色光的波长比蓝色光的波长更短，为什么天空是蓝色的而不是紫色的呢？
原来，空气分子对所有光的吸收能力是不同的，而蓝色和紫色光中，空气分子对紫色光的吸收能力更强一些，紫色光被永久留在了那里，这才有了天空的蓝色。另外，我们眼睛所能看到的蓝色与我们特殊的眼睛结构也有关系。
我们人类的眼睛有三种接收器，分别是红椎体、绿椎体和蓝椎体。当一束同样强度的光进入我们的眼睛时，接收器会根据受到刺激的强弱来对这些光进行二次加工，然后再被送入大脑的感知皮层。当紫色光和蓝色光进入眼睛时，红锥体和绿锥体对蓝色和紫色光的感知能力较弱，而蓝锥体对蓝光的感知能力很强，这样综合下来，蓝色被送入了大脑皮层，而紫色也就被无情的筛掉了。怎么样，咱们的眼睛是不是一个天然的“有色眼镜”呢？
清晨日出或傍晚日落时, 为什么看到的天空呈红色？
这是因为清晨和傍晚时，太阳光几乎平行于地平面，阳光到达人眼睛中时需要穿过的大气层的厚度最厚，路上穿过的空气分子和其他杂质也更多，阳光这一段漫长的路上经历了太多粒子的折射、散射，波长较短的蓝光和紫光被逐渐消散（这一现象也解释了在大雾天时，天空看起来是白茫茫的一片，而不是蓝色的）。波长较长的红光因为能跨越这些粒子而到达人的眼睛位置，这样一来，人眼中的天空就是红色的了。怎么样，了解了阳光的波粒二象性后，眼前的晚霞是不是更美妙了呢。
下图是观察者在清晨和中午观察阳光的示意图。
为什么云层在天空中看上去是白色的？下雨前为什么是灰色的？
学过小学科学课的同学们都知道，白云是由空气中的水珠组成的，虽然水珠在人看来很小，但在阳光的波长面前却是一个庞然大物，这时候，瑞利散射定理也就不再适用了。在水珠的作用下，一部分的光被反射到空中，一部分发生了迈以散射（指入射光在大于光波长的微粒上散射后散射光和入射光波长相同的现象），还有一部分光在直线传播中没有碰到水珠而直接照射下来。因此，阳光在穿过云层、照射进人眼睛中时本身的成分没有受到影响，所以看起来是白色的。
那为什么下雨前云层就变成黑色的了呢？原来，下雨前，云层内的水珠含量达到最大，云层越来越厚，这时候太阳光以及经过迈以散射的光只有少部分穿过了厚厚的云层，人的眼睛中捕获不了这部分光，所以就造成了人眼中乌云密布的景象了。
宇航员背景中的天空为什么是黑色的?
我们从视频或者宇航员传回的照片中可以看到，太空中的颜色总是黑压压的一片，那为什么低空是湛蓝色的，而到了高空就变黑了呢？
原来，高空与低空的一点区别就是高空的空气更加稀薄，扬尘、汽车尾气等杂质基本没有，空气分子也相对低空较少，这时候阳光因为缺少介质而无法散射，没有了散射光，天空看起来就变成黑色的了。下图是宇航员背景中的高空图片。
总结
最后，我们来总结一下天空在人的眼中是蓝色的原因：太阳光是由7色光组成的，当阳光通过大气层入射到地球表面的过程中，大气层中的空气分子或扬尘、汽车尾气等其他颗粒会对阳光有吸收、反射、透射等作用，而7色光中波长较短的蓝光因为散射强度大而被颗粒散射的到处都是，所以我们就看到了眼中的蔚蓝色的天空。而至于白云、乌云和晚霞、朝霞的变化多彩，也是由于空气中介质的多少和大小变化所引起的。
所以说，大自然真的非常奇妙，简简单单的空气不但给了我们赖以生存的条件，也让我们眼前的世界变得多彩斑斓了起来。
这里是科学驿站，要了解最前沿、最权威、最有趣的科学知识，就点击关注并留言讨论哦
上一篇：为了孩子维持死亡婚姻对不对？
下一篇：返回列表
相关链接 |
||
| 网友回复（共有 0 条回复） |