為何在地球表面看太陽(yáng),就變成黃色或者紅色了呢？
發(fā)布日期：發(fā)布時(shí)間：2022-05-01 13:19:16
你是否想過(guò)，當(dāng)我們躺在草地上，微風(fēng)吹過(guò)，蔚藍(lán)的天空映入眼簾，我們的身心為何如此放松？ 因?yàn)槲覀兌忌钤谝粋�(gè)藍(lán)色星球——地球。為什么不是其它顏色，例如紅色、紫色和黑色？為什么不是別的顏色，比如白色和黃色？原因就在于它們具有不同的物理性質(zhì)。 為什么不選擇粉色和綠色等其他顏色呢？
感冒藥能和清風(fēng)消痛一起喝嗎我們已經(jīng)習(xí)慣了這種自然現(xiàn)象，但它背后的物理規(guī)律并不簡(jiǎn)單，因?yàn)榭茖W(xué)家直到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，也就是牛頓發(fā)明經(jīng)典力學(xué)體系兩個(gè)多世紀(jì)之后，才對(duì)天空為什么是藍(lán)色給出了正確的解釋。 在這個(gè)過(guò)程中，有很多重要定律都被人們總結(jié)出來(lái)了，比如：光電效應(yīng)、磁致伸縮和電磁波傳播等等。那么，這些定律究竟是怎樣形成的呢？它們又有何特點(diǎn)呢？ 但從科普文章的角度來(lái)看，我們只需要從質(zhì)量上理解這些規(guī)律，其實(shí)并不復(fù)雜。
我們無(wú)法知道歷史上是誰(shuí)首先解釋了為什么天空是藍(lán)色的（這個(gè)解釋不需要是正確的），但我們可以自己考慮這個(gè)問(wèn)題。
首先，不管天空是什么顏色的，前提是天空中的光子進(jìn)入我們的雙眼，讓我們看到天空的狀態(tài)，這些光子從哪里來(lái)？
大氣層不可能自行發(fā)光（應(yīng)該說(shuō)，在沒(méi)有外來(lái)物的情況下， 大氣層會(huì)自行發(fā)光），所以必須有一個(gè)光源。這個(gè)光源就是陽(yáng)光。陽(yáng)光從哪里來(lái)呢？它是從地球上直接發(fā)射出來(lái)的嗎？當(dāng)然不是，因?yàn)榈厍虼髿夂芟” ?但是我們都知道太陽(yáng)是復(fù)合光可見(jiàn)光，因?yàn)榕ｎD發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光可以被分解成多種顏色的光，所以天空是藍(lán)色的嗎？
但仔細(xì)想想，事實(shí)并非如此，太陽(yáng)光透過(guò)三棱鏡分解成好幾種顏色，那是因?yàn)檎凵涞木壒�，如果是這樣，我們就不應(yīng)該看到單一的藍(lán)色，而應(yīng)該看到七彩斑斕的天空。 那么為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？其實(shí)，這是由于地球自轉(zhuǎn)造成的！ 如果不是折射，那是因?yàn)樗{(lán)色光在穿過(guò)大氣層時(shí)被“阻攔”了，阻止它到達(dá)地面，而是在大氣層中“游蕩”嗎？
一般來(lái)說(shuō)，這是一種光學(xué)現(xiàn)象，它涉及光通過(guò)介質(zhì)，所以我們可以從類似的丁達(dá)爾效應(yīng)開(kāi)始。
對(duì)于這種效果，我相信很多讀者在高中學(xué)習(xí)中學(xué)化學(xué)的時(shí)候都接觸過(guò)，老師告訴我們，丁達(dá)爾效應(yīng)可以用來(lái)區(qū)分溶液和膠體，你只需要點(diǎn)一盞燈在需要區(qū)分的液體上，如果里面有一條明亮的路徑，那就意味著它是膠體溶液。
1869年，英國(guó)科學(xué)家約翰·丁道爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾效應(yīng)背后的微觀解釋，那就是膠體溶液中存在直徑不超過(guò)100納米的小微粒，這些小顆粒小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，因此在光線通過(guò)時(shí)會(huì)散射（如果微粒太大并且比光波長(zhǎng)大得多就會(huì)反射）。
因此，丁達(dá)爾效應(yīng)用被清風(fēng)消痛膠囊功效用來(lái)解釋天空的顏色，人們認(rèn)為天空是藍(lán)色的，因?yàn)樘炜罩写嬖谥覊m、小水滴、冰晶和許多其他小微粒微粒，太陽(yáng)光穿過(guò)大氣層時(shí)不可避免地遇到這些小顆粒，把太陽(yáng)光發(fā)出的較短波長(zhǎng)的藍(lán)色光散射到整個(gè)天空。
這種解釋看似沒(méi)有問(wèn)題，但實(shí)際上，在丁達(dá)爾效應(yīng)中，散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)之間的相關(guān)性并不強(qiáng)。雖然在過(guò)去理論上是可能的，但在現(xiàn)在看來(lái)，這并不是正確的答案。關(guān)鍵問(wèn)題是“大氣中的灰塵和水滴等小微粒”。
我們知道，空氣中含有塵埃、水滴等小微粒是“理所當(dāng)然”的，但這些小微粒的濃度是一個(gè)變量，直接影響散射的程度，進(jìn)而導(dǎo)致天空的顏色不同。
但事實(shí)上，草原的天空似乎與沙漠的天空沒(méi)有什么不同，這顯然不符合對(duì)丁達(dá)爾效應(yīng)的解釋。 那么，到底什么原因?qū)е铝诉@種現(xiàn)象？在本文中我們將從理論角度對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。首先介紹一下為什么要研究丁達(dá)爾效應(yīng)？其次介紹一下為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？ 總而言之，如果是丁達(dá)爾效應(yīng)解釋了“為什么天空是藍(lán)色的”，那么就應(yīng)該得出這樣的結(jié)論：由于不同地區(qū)的環(huán)境不同，天空的顏色也會(huì)有很大的差異。
但這并不存在，那么究竟為什么天空是藍(lán)色的呢？
既然我們已經(jīng)能夠排除（至少不是主要原因）大氣中的雜質(zhì)小微粒的影響，還有什么呢？ 我想這應(yīng)該是由許多因素引起的。比如：在自然界中存在著一種叫“水蒸汽”的物質(zhì)。它為什么會(huì)對(duì)地球上的生命造成如清風(fēng)消痛有副作用此巨大的危害？ 仔細(xì)想想，這似乎只是大氣本身，是不是因?yàn)榇髿庵写嬖谥鞣N各樣的氣體分子呢？
幸運(yùn)的是，我們的想法是與著名物理學(xué)家約翰·威廉·斯特拉特（又名瑞利男爵，因此得名Riley，后人直接稱之為瑞利，反映在物理學(xué)家開(kāi)爾文身上，他的真名是威廉·湯姆遜）一起提出的。
經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究，瑞利發(fā)現(xiàn)散射現(xiàn)象不僅發(fā)生在雜質(zhì)微粒上，也發(fā)生在單個(gè)原子或分子上。 瑞利散射就是通過(guò)對(duì)單個(gè)粒子進(jìn)行多次散射來(lái)觀察其特性變化情況的一種物理實(shí)驗(yàn)方法。這種技術(shù)可以用于探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部的缺陷、結(jié)構(gòu)等信息，進(jìn)而為科學(xué)研究提供新的手段。 這就是所謂的瑞利散射。 一般而言，當(dāng)粒子的直徑比入射光的波長(zhǎng)小得多(不超過(guò)波長(zhǎng)的十分之一)時(shí)，散射光的強(qiáng)度與入射光的頻率呈四次方反比正相關(guān)(即與波長(zhǎng)呈散射反比關(guān)系)。
所以在非常純凈的大氣環(huán)境中，即使空氣中沒(méi)有塵埃、冰晶等雜質(zhì)微粒，太陽(yáng)光發(fā)出的藍(lán)色和紫色的光也會(huì)被大氣分子的散射所散射，這種散射會(huì)滲透到大氣層中，所以瑞利散射是天空蔚藍(lán)的原因。
夕陽(yáng)是對(duì)這一理論最好的檢驗(yàn).
地球是個(gè)球體， 所以我們把地球表面分為兩個(gè)半球。那么對(duì)于不同季節(jié)的時(shí)候，太陽(yáng)直射點(diǎn)的變化情況又有哪些呢？下面我們就來(lái)分析一下吧！一起來(lái)看看吧！ 因?yàn)榄h(huán)繞地球的大氣層可以被看作一個(gè)球殼，所以太陽(yáng)通常在正午時(shí)分達(dá)到一天中的最高點(diǎn)，此時(shí)太陽(yáng)光穿透大氣層厚度并擊中地面。日落（或日出）時(shí)，太陽(yáng)光經(jīng)歷一天中最短的大氣層厚度，從下圖中可以更直觀地看到這一點(diǎn)
經(jīng)過(guò)的時(shí)間越長(zhǎng)，藍(lán)色和紫色的光就越分散，所以只有紅色的光出現(xiàn)在地面上。這就是為什么太陽(yáng)在日落時(shí)呈現(xiàn)出咸鴨蛋黃的顏色，盡管值得注意的是，這種紅色只出現(xiàn)在太陽(yáng)附近，而大部分天空仍然呈現(xiàn)藍(lán)色或較深的顏色（畢竟，太陽(yáng)正在落下并即將進(jìn)入夜晚）。
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