天上的色彩從何而來

于鵬飛

春天的腳步越來越近，藍天白云、大地復蘇的景蒙真是美極了！面對這般美景，同學們有沒有思考過一個問題：天空為什么是藍色的，晚霞為什么是紅色的，云朵又為什么是白色的呢？今天我們就來研究一下！

我們為什么能看到這個世界？因為有光。生活中最常見的光當屬太陽光了。但是你知道嗎？太陽光是由可見光和不可見的紫外線、紅外線等組成的。我們每天肉眼所見的只是那部分可見光。可見光其實是白色光，但是1666年，英國科學家牛頓第一次用三棱鏡折射分解了陽光，發現了可見光是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成，而且這七種光的波長自紅至紫依次遞減。

為什么天空看上去是藍色的？

我們知道大氣是由大氣中的分子（如氮分子、氧分子等）和懸浮在大氣中的顆粒物（如塵埃等）組成，這些物質體積非常小，光在射入大氣的時候遇到這些微粒，就會有一部分偏離原來的方向而向側方散開，這就是光的散射現象。干凈的天空中，塵埃很少，散射的“主力軍”就是氮、氧分子，按照瑞利散射（英國物理學家瑞利勛爵在1900年提出）的說法，這些分子的散射有個特點，就是對不同顏色的光有著不同的散射能力。當太陽光通過大氣層時，波長較短的藍色系光最容易被散射：而波長較長的紅色系光則散射得較弱。因此在晴朗的白天，我們看到的天空呈現出的就是被散射出來的蔚藍色！

為什么晚霞是赤紅色的？

清晨和傍晚，太陽光是斜射入大氣層的。因此，太陽光在大氣層中通過的距離要比白天長。還是按照瑞利散射定律，波長較短的光較容易發生散射，所以藍色系的光大都在抵達我們眼睛之前就衰減了。沒有衰減的紅色系光則順利抵達我們的眼睛，因此早晚的天空是赤紅色的。

云朵為什么是白色的？

云是由大量小水滴和小冰晶聚集形成的，而這些形成云的顆粒直徑為0.01～0.1毫米（10000—1000 000納米），比光的波長要長很多。這種由大顆粒引起的散射被稱為米氏散射（德國物理學家古斯塔夫·米于1908年提出）。米氏散射的特征是所有波長的光均等發生散射。因此，各種波長的光混合在一起，使散射光和太陽光一樣呈現白色。正是因為這些散射光呈現白色，才讓云朵看起來是白色的。

你可能會說，陰天的時候，云是灰色的！沒錯，陰天的時候云層很厚，厚厚的云層會遮蔽太陽光，使光線大幅衰減，所以云層呈現灰色。

不僅如此，空氣中的塵埃比較多的時候，天空看起來白蒙蒙的。現在大家能想到這是為什么了嗎？沒錯，也是因為米氏散射！只不過在這樣的天氣，引起米氏散射的是直徑大于光波的各種顆粒物，如PM10、PM2.5等。