月亮的顏色

山西朔州市第二中學(xué)的周林同學(xué)問(wèn)：“為什么月亮有時(shí)看起來(lái)潔白無(wú)瑕，有時(shí)又發(fā)紅?”要回答這個(gè)問(wèn)題，我們必須對(duì)光的散射現(xiàn)象有所了解。

一束光線通過(guò)均勻的透明介質(zhì)(如玻璃、清水)時(shí)，從側(cè)面是很難看到光線的，但如果介質(zhì)不均勻，我們便可從側(cè)面清晰地看到光束的徑跡，例如，一束陽(yáng)光從窗外射入室內(nèi)，由于室內(nèi)有懸浮于空氣中的塵埃，這些塵埃使光線朝各個(gè)方向散射，于是我們很容易看到這束光內(nèi)的塵埃而辨認(rèn)出這束光的徑跡，總之，光的散射現(xiàn)象是由于介質(zhì)的不均勻性造成的。

光的散射情況與介質(zhì)不均勻的尺度有很大的關(guān)系，獲1904年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的英國(guó)物理學(xué)家瑞利專門研究了細(xì)微散射體(它的尺度比可見(jiàn)光波長(zhǎng)小)的光散射問(wèn)題，于1871年得出了以他名字命名的瑞利散射定律，這個(gè)定律指出，散射光強(qiáng)度與光波長(zhǎng)A的四次方成反比，即I∝1/λ⁴，說(shuō)明光波長(zhǎng)A越小，散射光強(qiáng)度I越大，我們用瑞利散射定律，就可解釋天空為什么是藍(lán)色的。

太陽(yáng)光射至地球表面附近時(shí)，需要穿過(guò)大氣層，大氣層內(nèi)含有各種氣體分子，這些氣體分子都做著無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，這種無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)會(huì)造成空氣密度的漲落，致使大氣層介質(zhì)不均勻，又由于氣體分子的尺度比光波長(zhǎng)要小很多，所以光透過(guò)大氣層引起的光散射主要是瑞利散射，根據(jù)瑞利散射定律，太陽(yáng)光中的短波成分(藍(lán)、紫色)的散射比長(zhǎng)波成分(黃、紅色)強(qiáng)烈得多，于是散射光中因?yàn)槎滩ü獾母患固炜粘仕{(lán)色，如果沒(méi)有大氣層，即使在白天，人們仰望天空，也只是看到光輝奪目的太陽(yáng)懸在漆黑的背景中，太空中的宇航員看到的太陽(yáng)就是這樣的情景，我們還可以舉一個(gè)瑞利散射的例子，一根點(diǎn)燃的香煙冒出的煙顆粒尺度比光的波長(zhǎng)小，所以，在室內(nèi)外陽(yáng)光照射下呈現(xiàn)出藍(lán)色來(lái)。

寫到這兒，也許有同學(xué)會(huì)問(wèn)，陽(yáng)光中的紫色光波長(zhǎng)比藍(lán)色光波長(zhǎng)更短，那么，根據(jù)瑞利散射定律，紫光比藍(lán)光有更強(qiáng)的散射強(qiáng)度，為什么天空不呈現(xiàn)紫色呢?這主要是人眼對(duì)紫光的靈敏度很低造成的。

有了以上的知識(shí)，周林同學(xué)的問(wèn)題就不難回答了，我們有時(shí)候看到月亮潔白無(wú)瑕，那天的天氣一定很晴朗，少云霧，月亮反射的光透過(guò)大氣層發(fā)生較少的散射：如果某天天氣多云霧的話，月光發(fā)生較多的散射，使更多的短波光被散射至四面八方，而射入我們眼中的光含有更多的紅光成分，此時(shí)的月亮看起來(lái)就發(fā)紅。

若介質(zhì)尺度大于光的波長(zhǎng)，就不能應(yīng)用瑞利散射定律了，例如，白云是由大氣中的水滴組成的，這些水滴的尺度(直徑)比光的波長(zhǎng)大，這樣大小的物體產(chǎn)生的散射與光波長(zhǎng)的關(guān)系不大，即各種波長(zhǎng)的色光產(chǎn)生同樣強(qiáng)度的散射，所以云呈白色，上面曾提及點(diǎn)燃的香煙冒出的煙呈藍(lán)色，但是，吸一口煙，然后再?gòu)目谥型鲁龅臒焻s呈白色，這是由于吐出的細(xì)小煙顆粒已被水汽包住，它的尺度已大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。

責(zé)任編輯 程 哲