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天空为什么是蓝的 |
发布时间:2012-07-29 |
早期科学家对蓝色夭空的认识有很大差异,如有人认为,蓝色夭空 是由蓝色大海的反射而成;牛顿认为,是空气中的小水珠反射太阳光; 克劳修斯IX&认为,是光线在很多小水泡上反射所引起的。 还有人猜想,天空中含有一种蓝色的气体,或者大气本身就是蓝色 的。事实究竟怎样? 为了解答这令问題,有人做过这样的实验:用一根大约三尺长的玻 璃管,玻璃管的两端各用玻璃板封闭起来。太阳光柱可由两端通过此 管。先把管中的空气完全抽出,然后把空气、盐酸以及丁烷基变硝酸盐 蒸气的混合物再灌进去。在数分钟内管内就起化学反应,产生出微细 而均一的质点,浮悬在这混合气体之内。当太阳光线通过此管时,起初 这些质点还少,我们看到管中先有暗的深青色,然后因为化学反应继续 进行,质点的教量增加,光中的颜色也跟着愈变愈鲜明,蓝色光辉愈变 愈浓。我们已经把管中的空气抽空了,这说明并不是因为大气里面含 有蓝色的气体,所以我们才看到夭空那蔚蓝的颜色。稍微观察后想一 想,会发现我们看到的蓝色,其实是因为实验产生的那些盾点在起作 用。 平时,我们也能见到这类现象,例如,当我们看到人在窗口抽香烟 叶,烟被室外阳光照射,呈现蓝色,袅袅上升,就是因为香烟燃烧时产生 的徵小粒子散射阳光的缘故。再如,当阳光穿过玻璃窗照射到房间里, 如果室内的空气十分洁净,邓么,我们就仅仅看到投射到地板上的太阳 先斑,倘若从地上杨起了一些灰尘,就能清晰地看到一束发亮的先柱, 从窗户直射到地板上,这就是光散射的效果。 仆么是散射?光束通过不均匀媒质时,部分光束将偏离原来的方 甸时分散传播,从侧向也可以看到光的现象,叫做光的散射。当太阳光 射人地球大气层吋,遇到大气分子和艽他尘埃微粒时被散射,这些大气 分子和微粒本身是不会发光的,但是由丁它们散射了太阳光,每一个大 气分子就变成了一个散射光的光源。如果一束光照射到大气分子或者 华埃微粒,通过它们内部吋产生一些物理过程,乂重新向四面八方发射 出丨分微弱而波长与照射光相同的光,这些光进人我们的眼睹,于是我 们感受到了光明。 如果夭空是十分纯净的,没有大气和其他尘埃微粒的散射作用,那 么,除了能看见太阳、月亮和星星以外,整个天空背景将是片黑喑。 假设这种情况可以出现,那么,就像夜晚看到…特大号手电筒一样。朝 太阳方向肴,非常耀眼而什么也看不见;朝其他方何看,漆黑一团。这 是囚为没有空气产生散射的缘故。 由于大气分子和大气屮所含的尘埃微粒的散射作用,即使太阳无 法肯接照射到的地方也十分明兗,这个特点是其他许多星球所没有的, 比如月亮,即使是0大,天空也是-团漆黑。 可是,大气对不同颜色的光的散射作用并不足“机会均等”的。散 射光强的分布与照射光的波长、强度以及微粒的大小、形状有关々 早在19世纪末斯,英国物理学家瑞利在1871年苜先发现丫 一个 规律:如果发生敗射作用的粒子很小,比如和大气分子的大小相当,这 时候称为分子散射,它具有很特殊的脾气,它偏爱短波,散射光强与照 射光波长的四次方成反比,光的波长越短,散射就越强。波艮较短的蓝 光和紫光要比波长较长的红光和橙光的散射能力强10倍。 在四五万下米的高度上,大气里含尘量很少,空气分子就成广大气 散射的主角。这时发生的散射主要就是分了散射,敢射主要影响波长 较短的光。因为蓝色波长较短,蓝光被更多地散射,所以天空木身呈现 出蓝色。太阳光直接穿透空气,在敔射过程中它失去许多蓝色,所以太 阳本身呈现出灿烂的黄色。 髙空的颜色是杏也是蓝色的?不一定。越到卨空,天空的颜色越 灰喑,甚至变成黑灰色。这是囚为大气密度随高度急剧降低,随着高度 的增加,大气越稀薄,分子越少,而大气分子的散射效应也相对减弱,致 使天空的颜色随卨度有明显变化。到20千米以上的高空,分子更稀少 了,散射作用几乎完全看不山来,没有散射光,天窄当然会被黑色所淹 没了。实虹天空颜色的变化,宇航员冇描述、喷气机或超音速〔机达行 员均冇感受,随着高度增加,先蓝,后紫,最后黑。 |