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(xué)家牛頓用三棱鏡將可見光進行了折射分解。他發(fā)現(xiàn)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。
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(cè)方散開。這就是光的散射現(xiàn)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(xué)家瑞利發(fā)現(xiàn)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(jié)果。
日升和日落的時候,太陽光在大氣層中經(jīng)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(zhì)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。
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(fā)生一次反射,最后還會以折射的方式離開水滴。在這個復(fù)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。