天空中的色彩魔術

于鵬翔

如果說天空是一塊畫布，那么為這塊畫布填色的顏料就是太陽光。太陽光是由可見光和不可見的紫外線、紅外線等光波組成的。我們每天肉眼所見的只是那部分可見光。可見光原本只是白色光，但在1666年，英國科學家牛頓用三棱鏡將可見光進行了折射分解。他發現可見光其實是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成的，而且這七種光的波長從紅至紫依次遞減。

天空為什么是藍色的？

太陽光在射入地球大氣層的時候，遇到氮、氧分子，以及懸浮顆粒物時，會有一部分偏離原來的方向，向側方散開。這就是光的散射現象。在晴朗的天空中，懸浮顆粒物很少，散射的“主力軍”是氮、氧分子。英國物理學家瑞利發現這些分子面對不同的光，散射能力不同。它們最易散射波長較短的藍色系光，最難散射波長較長的紅色系光。因此，我們所見的蔚藍色天空其實就是氮、氧分子把藍色系光散射得到處都是的結果。

晚霞為什么是紅色的？

日升和日落的時候，太陽光在大氣層中經過的距離最長。按照瑞利散射定律，波長較短的藍色系光在到達我們的眼睛之前大都被散射掉了。剩下波長較長的紅色系光進入我們的眼中，形成了我們所見的紅色的朝霞和晚霞。

云朵為什么是白色的？

云是由大量的小水滴和小冰晶聚集形成的。云中的小水滴和小冰晶直徑比光的波長要長很多。這種大顆粒物質能夠均勻地散射所有波長的光。因此，各種波長的光混合在一起，就使云朵的散射光與太陽光一樣呈白色。不過，陰天的時候云層很厚，會遮蔽太陽光，使光線大幅衰減，所以云層呈灰色。

彩虹為什么是七彩的？

雨后空氣中有許多小水滴，當太陽光以一個特殊的角度照射水滴時，太陽光會在水滴表面先折射一次，然后進入水滴再發生一次反射，最后還會以折射的方式離開水滴。在這個復雜的折射、反射、折射過程中，白色的可見光被分解成七色光，形成了彩虹。