为什么天空是蓝色的?   

假设你坐的不是维珍银河号太空船,白天飞行,望出机窗外你能看到蓝天。“为什么天空是蓝色的呢”这是孩子们在成长过程中最爱问的问题之一,而通常,他们得到的答案都和事实有所偏差。有人说天空反射了大海的颜色所以是蓝的,但其实不是。在维多利亚时期,人们认为是空气中的尘埃和颗粒使其染上了淡蓝的色调——不过事实上,把天空染成蓝色的物质更加微小,它是空气分子和阳光作用的结果。

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可见光是由各种颜色混合而成的,查验彩虹的光谱时,我们可以看到它从红过渡到紫。艾萨克·牛顿(Isaac Newton)发现了彩虹中有七色(赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫),不过它们之间的分界却很难界定。查看完整的光谱,你会觉得它要么是由上百万个差别甚微的色彩组成的,要么只包括了5~6个宽幅的色带——几乎没人能看出彩虹有7种颜色。

我们不清楚牛顿是怎么得出7这个数字的,这其中还包括了那些深浅不一的青和紫,不过许多人认为7这个数字和音乐有着一定的联系。乐谱中有A到G7个音符,当一个八度结束后,下一个八度又从音符A开始。有人猜测,牛顿受到乐谱的影响,认为可见光谱中也应该有7种颜色,于是他就发明了这套说法,而我们只能被迫接受了。令人惊讶的是,以这样的形式命名光谱是不可能的。牛顿出生几年之前人们才开始用“橙”这个词来表示颜色,在此之前,它只是一种水果的名字。

牛顿向人们展示了太阳光(彩虹也一样)包括了光谱中所有颜色的光(有一些是我们看不见的)。在牛顿生活的那个年代,人们相信彩虹斑斓的色彩是棱镜中的瑕疵造成的,因此,白光被染上了其他的颜色。但是,牛顿分离出单一的颜色,并把它射向第二个棱镜,它的颜色没有改变,这说明棱镜不是“罪魁祸首”。牛顿还发现将不同的光颜色组合在一起就能制造出白光。阳光中包含了所有的颜色。

阳光中不同的光子释放出不同的能量,当它们混合在一起穿过空气时,一些光子被空气分子中的电子吸收。很快,它们又被重新释放,朝各个方向发射出去。这样的“散射”意味着通过空气的光线会有一部分偏离原来的运动方向而离开了原来的光束,它们的光子在空中四处扩散。

不同能量的光子散射的程度也不同。能量较高的光子(光谱中位于蓝色末端)更容易发生散射。这意味着,除了太阳本身之外,经过空气分子散射后的光线都呈现出蓝色,所以天空就变成蓝的了。光谱中位于红色末端的光线散射能力较弱,夕阳西下时,由于斜照,光得经过很厚的大气层才能到达地球,这些红色的光线因为不像蓝光一样易于散射而损失最小,因此天空便被染成了红色——这就是为什么日出和日落时天空会挂满红霞。