藍(lán)天的奧秘

在天宮課堂第四課的天地互動環(huán)節(jié)中，一位同學(xué)提出了有趣的問題：在空間站里看到的太陽和地球，與在地球上看到的有什么不同嗎？航天員朱楊柱為她做出了專業(yè)的解答。此外，朱楊柱還提到了一個發(fā)現(xiàn)：在空間站里看到的云朵顏色和在地面上看到的有時不一樣。原來這與光的散射有關(guān)。生活中還有許多現(xiàn)象與光的散射相關(guān)，比如同學(xué)們有沒有思考過：天空為什么是藍(lán)色的呢？接下來我們做一個小實驗，去探索天空的奧秘。

概念一點通

散射

光的散射是指光通過不均勻介質(zhì)時一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。太陽光通過同種均勻介質(zhì)時沿直線傳播，反之傳播方向就會發(fā)生改變。因此，太陽光進(jìn)入成分復(fù)雜且不均勻的大氣層后，會跟空氣分子、塵埃等介質(zhì)相撞，從而產(chǎn)生散射。

瑞利散射

瑞利散射是光的散射的一種，通常是指微粒尺度遠(yuǎn)小于入射光波長時發(fā)生的散射。瑞利散射的散射強(qiáng)度與波長的4 次方成反比，也就是說，波長越短，散射越強(qiáng)。

知道了瑞利散射，我們就可用它來解釋天空的顏色了。天空本來是沒有顏色的，在大氣中，氮氣和氧氣分子的尺寸遠(yuǎn)小于光的波長，當(dāng)太陽光穿過大氣層時，藍(lán)光的波長短，所以藍(lán)光更容易受到氣體分子的散射，這使得我們在望向天空時看到藍(lán)色。紫色的波長也較短，那天空為什么不是紫色的呢？這是因為紫光的波長更小，穿透性弱，被大氣層吸收了，且人眼對紫光并不敏感。

千古名句“落霞與孤鶩齊飛，秋水共長天一色”中描述的天空是什么顏色呢？同理，瑞利散射也可以解釋為什么朝霞與晚霞呈現(xiàn)橙紅色。早晨和黃昏時，陽光穿越大氣層的距離變長，藍(lán)光多被散射掉，剩下長波、穿透力強(qiáng)的紅光能穿過大氣，所以天空看上去呈現(xiàn)橙紅色。

原理揭秘

回顧上面的實驗我們發(fā)現(xiàn)，從頂部俯視，靠近光源處的光線由于發(fā)生瑞利散射呈現(xiàn)出淡藍(lán)色，離光源較遠(yuǎn)處呈現(xiàn)橙黃色，這就能解釋光進(jìn)入大氣層后我們看到了不同顏色。由瑞利散射可知，藍(lán)光的波長比紅光的短，所以藍(lán)光的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，它多被散射掉，因此遠(yuǎn)離光源的區(qū)域看不見藍(lán)色的光，這個原理在生活中還有什么應(yīng)用呢？

在霧霾天氣，光會和我們“玩捉迷藏”，這是由于大氣中顆粒物質(zhì)（如灰塵、汽車尾氣等）增多，導(dǎo)致光線發(fā)生散射，使太陽光變得暗淡，能見度降低。我們知道紅光的波長較長，不容易被散射，也就是說在霧天里紅光更容易被觀察到，因此在霧霾天氣，打開紅色的汽車尾燈有利于避免發(fā)生事故。此外，霧霾天氣不僅可能會造成交通事故，對人體的傷害也很大，因此我們要低碳生活，減少空氣污染。