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天空为什么是蓝的?为何夕阳是红色的?你了解神秘的火星吗?

作者:牛角大王

人们对蓝天习以为常,但不一定了解背后的科学原理。

天空为什么是蓝的?为何夕阳是红色的?你了解神秘的火星吗?

万里无云的蓝天总是令人心情愉快, 你在抬头望天的时候是否思考过,为何天空是蓝色的?答案就隐藏在那些穿过大气的光线之中。光线照射到空气分子上时会向四周散射,而光谱中靠近蓝端的光线比其他颜色的光线散射得更厉害,这就是为何除了太阳附近,整个天空看上去都是蓝色的。

天空看上去都是蓝色的。让我们离开地球大气,来到太空中,在那里即便是阳光照射下的天空看起来也是黑色的。

在地面上看到的天空为何如此明亮,这跟天空为什么是蓝色的其实是一个问题,直到 19 世纪末人们了解光的散射后,才为这些问题找到了答案。

解谜的关键在于瑞利散射,这种以发现者瑞利勋爵(Lord Rayleigh)命名的物理现象,描述了光线在直径远小于自身波长的微小颗粒上是如何散射的,而大气分子就在此范围内。瑞利的分析表明,相之间。 比光谱红端波长较长的光,波长较短的蓝光和紫光被散射得更厉害,而人眼对蓝色更敏感,同时阳光中的蓝光也比紫光多,这些因素共同造就了地球的蓝色天空。

那又为何夕阳是红色的?

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天空也不总是蓝色的,日出或日落时,太阳比较靠近地平线,天空会被红色笼罩。尽管颜色不同,但其实也是瑞利散射的结果。这两个时刻,由于太阳位置很低,阳光需要穿过比白天太阳高挂半空时更厚的大气才能到达地面,在此过程中波长较短的光线绝大部分都被散射掉了,只剩下红光,形成我们看到的如血残阳。与之类似,月食期间的月面有时会变成暗红色,出现令人震撼的血月。究其原因,也是阳光穿过很厚的地球大气后再照射到月面所致。此时地球阻挡了绝大部分射向月面的阳光,只有那些从地球边缘经过、被地球大气充分散射后剩下的红光才能到达月面,将后者“染”成血一样的暗红色。

最后,再拓展一下火星的天空。

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NASA的第一批火星车踏上异星世界的那一刻,人们就发现火星的天空是红色调的,这同样是大气散射的结果,但不是瑞利散射。瑞利散射发生在尺度小于可见光波长的空气分子身上,而由于火星大气十分稀薄,其贡献远小于尘埃对光线的散射。尘埃颗粒的直径更大,光线的散射机制发生了变化,从而使火星大气呈现独特的橙红色。

你了解了吗?

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