1樓：尒嶒荢宸
天空為什麼是藍色的?
2005-1-12 閱讀次數:20次
「藍藍的天空白雲飄」。對這種美麗的景色，相信大家都有所感受。那麼天空為什麼是藍色的?
云為什麼是白色的?對於這種奇妙的物理現象，並不是所有人都能說出原因。事實上，我們所觀賞的這一美麗景象是天空中的大氣分子、水滴、其他微粒和陽光共同作用的結果。
一、空氣和太陽光
為了解釋這種物理現象，首先簡單瞭解一些空氣和太陽光的知識。空氣是在地球外面包裹著的一層「防彈衣」，保護著地球上生物不受紫外線的照射。空氣並不是空的，是由很多的微粒組成。
其中99％是氮氣和氧氣，其餘則是別的氣體(如二氧化碳、惰性氣體等)、小水滴和**於工廠的粉塵、風中的揚沙、火山爆發的巖灰等漂浮微粒。但是空氣的成分並不是固定的，這依賴於所在的位置、天氣和其他的不固定因素(如森林、海洋以及火山爆發和汙染的嚴重與否)。
光是能量以電磁波傳播的一種方式，在真空中的傳播速度為每秒30萬千米。光和其他波(比如聲波)不同的是具有波粒二象性。這是因為光是由一種無質量的粒子——光子組成，所以光不但具有波的特性，還有粒子的特性。
光傳遞能量的大小與光的頻率成正比，而光的頻率正好決定其顏色。但我們的眼睛只能看到其中特定頻率範圍內的光，稱之為可見光，頻率過高(紫外線)和過低(紅外線)，我們都看不見。
對於太陽光，牛頓首先用三稜鏡發現其中包含著赤、橙、黃、綠、藍、靛和紫7種顏色。可以用一個小實驗(如圖1所示)即可觀察到「七彩陽光」。取裝入水的玻璃缸放在房子中陽光入射的地方，然後在水中放一面小鏡子，用一張白紙接收從盆中小鏡子反射的光，根據光的折射原理，即可從白紙上看到一個漂亮的人造彩虹。
在7種不同的光中，紅光波長最長(頻率最低)，紫光波長最短(頻率最高)。我們肉眼所看到的是它們的混合結果。
二、天空為什麼是藍色的
除非有外界干擾，光都是以直線傳播的。當光在空氣中傳播時，不可避免要遇到空氣中的氣體分子和其他微粒。這些微粒對光有吸收、反射和散射等物理作用，正是這些物理作用使得晴日裡天空成為蔚藍色。
正確解釋天空為什麼是藍色始於2023年。科學家泰多爾首先發現藍光要比紅光散射強得多，這就是「泰多爾效應」。幾年之後，科學家瑞利更詳細地研究了這種現象，他發現散射強度與波長的4次方成反比。
後來，更多科學家稱這種現象為「瑞利散射」。瑞利散射很容易通過下面一個小實驗來驗證(如圖2所示)：用一個盛滿水的水杯，然後往水杯中滴入幾滴牛奶，用手電筒做光源，從水杯的一側照射，從水杯的另一側看到的是紅光，而從垂直於光線的方向看到的卻是藍色(在黑暗處效果更明顯)。
當時，泰多爾和瑞利都認為天空的藍色是由於空氣中有小的粉塵微粒和小水滴所致，這些小的粉塵微粒和小水滴就類似於水中的牛奶懸浮顆粒。即便今天，也有許多人這樣認為。事實上並非如此，如果天空完全是由於小的粉塵微粒和小水滴引起的，那麼天空的顏色將隨著溼度而變，事實上天空的顏色隨著溼度的變化非常小，除非下雨或者烏雲密佈。
後來科學家猜測用空氣中的氮氣和氧氣分子足以解釋天空中的「泰多爾效應」。這種猜測最終被愛因斯坦所證實，他對這種散射效應作了詳細的計算，並且計算結果與實驗相符合。
我們所看到的藍天是因為空氣分子和其他微粒對入射的太陽光進行選擇性散射的結果。散射強度與微粒的大小有關。當微粒的直徑小於可見光波長時，散射強度和波長的4次方成反比，不同波長的光被散射的比例不同，此亦成為選擇性散射。
當太陽光進入大氣後，空氣分子和微粒(塵埃、水滴、冰晶等)會將太陽光向四周散射。組成太陽光的紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫7種光中，紅光波長最長，紫光波長最短。波長比較長的紅光透射性最大，大部分能夠直接透過大氣中的微粒射向地面。
而波長較短的藍、靛、紫等色光，很容易被大氣中的微粒散射。以入射的太陽光中的藍光(波長為0.425μm)和紅光(波長為0.
650μm)為例，當光穿過大氣層時，被空氣微粒散射的藍光約比紅光多5.5倍。因此晴天天空是蔚藍的。
但是，當空中有霧或薄雲存在時，因為水滴的直徑比可見光波長大得多，選擇性散射的效應不再存在，不同波長的光將一視同仁地被散射，所以天空呈現白茫茫的顏色。
如果說短波長的光散射得更強，你一定會問為什麼天空不是紫色的。其中一個原因就是在太陽光透過大氣層時，空氣分子對紫色光的吸收比較強，所以我們所觀測到的太陽光中的紫色光較少，但並不是絕對沒有，在雨後彩虹中我們很容易觀察到紫色的光。另外一個原因和我們的眼睛本身有關。
在我們的眼睛中，有3種型別的接收器，分別稱之為紅、綠和藍錐體，它們只對相應的顏色敏感。當它們受到外界的光刺激時，視覺系統會根據不同接受器受到刺激的強弱重建這些光的顏色，也就是我們所看到物體的顏色。事實上，紅色錐體和綠色錐體對藍色和紫色的刺激也有反映，紅錐體和綠錐體同時接受到陽光的刺激，此時藍錐體接收到藍光的刺激較強，最後它們聯合的結果是藍色的，而不是紫色的。
三、你看到過藍色的太陽嗎?
你也許會說為什麼我們看到的太陽不是藍色的。這是因為我們直接看太陽時，眼睛接受的太陽光是通過「邁以散射」的光，而不是瑞利散射的光。邁以散射是當光遇到比其波長要大的微粒時所發生的一種散射，對光的波長幾乎沒有什麼依賴，不改變原有光的成分。
而且邁以散射的光具有前向性，絕大部分光仍然沿著原來的方向傳播。對所有的光都有同樣的作用。
在我們直接看太陽時，看到的是略帶淺黃的圓盤。淺黃色是因為在這個過程中有一部分光發生了瑞利散射，藍光都散射出去了，剩下紅、橙、黃和綠光，只是和邁以散射比較起來，這個散射過程較弱，所以太陽看起來是稍微有些淺黃色的。但是在沙塵暴天氣，由於空氣中微粒很多，瑞利散射佔主要地位，我們有可能看到藍色的太陽。
四、夕陽為什麼是紅色的
當太陽將要落山時，太陽光穿透大氣層到達觀察者所經過的路程要比中午時長得多，更多的光被散射和反射，所以光線也沒有中午時明亮。因為在到達所觀察的地方，波長較短的光——藍色和紫色的光幾乎已經散射怠盡，只剩下橙色和紅色的光，所以隨著太陽慢慢落下，天空看起來也從橙色變成紅色。同樣道理，當太陽升起的時候，也是橙色或者紅色的。
五、云為什麼是白色的
天空中的雲是小水滴和空氣中的粉塵組成的，它們的直徑要比太陽光的任何一種顏色的光的波長都要長得多，所以發生瑞利散射的情況很少。一部分陽光被反射到空中；一部分發生邁以散射，然後散射的光射到地球，但邁以散射不改變太陽光中任何顏色的光；還有一部分直接穿透水滴之間的縫隙。上述3種情況都對陽光的成分沒有影響，所以看上去天空中的雲是白色的。
但是當雲層越來越厚時，小水滴越來越多，幾乎連成一片，太陽光和邁以射散的光不能或者很少能穿透雲層，這時白雲就變成烏雲了。
正是在太陽光通過大氣層入射到地球表面的過程中，大氣層中的空氣分子或其他微粒會對陽光有吸收，反射、透射等作用，從而形成了藍天、白雲和絢麗的落日餘輝和晨時朝霞。如果沒有大氣層和其他微粒，即使是白天，太陽看上去也只是一個孤零零的明亮的球，天空也將是漆黑一片，所以空氣不但給我們提供了賴以生存的條件，也使我們的天空變得多姿多彩。
太陽真的在動嗎?
太陽在宇宙中不是靜止的，相反，它在以不同的方式運動。首先，由於行星都有質量，太陽圍繞太陽系的重心轉動；其次，它和整個太陽系一起以250千米/秒的速度圍繞著銀河系的重心轉動；再次，它和整個銀河系一起以300千米/秒的速度在本星系群內運動；此外，它還在自轉。
(《科學世界》2023年第11期)
連結問：為什麼在下雨的地方彩虹呈弧形而不是彩色的一大片?
答：當太陽光線進入雨滴，從雨滴的內表面反射出來時，彩虹就形成了。只要光線從一個媒介，比如空氣，進入另一個媒介，比如水，它就會改變路徑，這叫做折射。
光線路徑彎曲的大小取決於它所通過的物質以及波長，也就是光的顏色。所以當太陽光進入雨滴時，它所包含的不同光線的彎曲程度是不同的：紅色最小，紫色最大。
因此從雨滴裡顯現出來的是各種顏色，每一種顏色的弧度大約都在40～42度之間。每一滴被太陽光照著的雨點都會發生這樣的情況，但是我們只能在某些雨滴中看到彩虹，它們的弧度是40～42度，正好將它們的光線傳送到我們的眼睛裡。這些符合條件的雨滴形成了一個圓圈，它的一部分常常被地平線切斷。
留在地平線以上的就是我們所說的美麗的彩虹。
2樓：灰天雪地
因為可見光是混合光.有7種.它們的頻率.
波長,不同.空中有空氣小分子或微小塵埃,太陽輻射的一部分便以這些質點為中心,向四面八方散射開來,在太陽輻射的可見光中,波長較短的藍,紫色光最容易被空氣分子所散射,所以晴朗的天空是藍色的.
光的散射
下雨後空中有小水蒸氣,太陽輻射後,因為頻率不同.被折射後分散開來,可見7色.
3樓：june影嵐
散射，散射，折射
回答完畢
4樓：柒哥來上網
光學反應，光學反應，還是光學反應謝謝。
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