晴朗白天天空为何是蓝色?解析天空大气光学现象

晴朗白天天空为何是蓝色?解析天空大气光学现象

因为瑞利散射。

瑞利散射的强度与光的波长的四次方成反比。阳光穿过地球大气层时,波长较短的蓝光比波长较长的红光更容易被空气分子(直径小于光的波长的微小颗粒)散射。这是白天的晴朗天空在人眼看来呈蓝色的主要原因——人眼接收到来自天空各个方向的散射蓝光。

绿光的波长长于蓝光、短于红光,绿光容易被空气中的微小颗粒散射的程度在蓝光与红光之间。于是,在晴朗的白天,被绿色植物的绿叶覆盖的山峰在较近距离看上去是绿色的、在较远距离看上去会发蓝——来自山峰方向的绿光被较多地散射并离开视野,来自各个方向的散射蓝光主导了人对山峰颜色的印象。

由于上述散射是光学现象,许多照相设备可以对“青山”获得与人肉眼观看相似的效果,一些滤镜可以让远山看起来更蓝。可以参考这类图片:

https://zqb.cyol.com/html/2013-10/28/nw.D110000zgqnb_20131028_2-06.htm

如果空气中存在很多较大的颗粒(例如云、雾霾里的灰尘·水滴·冰晶,这些颗粒的尺寸与光的波长相近或更大),那么米氏散射对阳光的影响会超过瑞利散射,各个波长的光都被散射,从而让白天的阴天天空和一定厚度的云雾呈现灰白色。云雾厚度较大时,光的强度被吸收削弱,这会影响在人看来云层灰色的深度、在光线变得很弱时获得黑云。米氏散射的方向性好于瑞利散射,较薄的云雾覆盖天空时,太阳方向上的亮度明显高于其他方向。

日出、日落时,阳光穿过的大气厚度高于中午,蓝绿光被剧烈散射,红黄光抵达地面并被物体反射、让人看到金色的景物。

大规模火山喷发放出的火山灰等可以形成大范围的红色晚霞、紫色晚霞,这紫色是红光与散射蓝光的产物。

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