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科學(xué)小常識：多彩的天空

趙泰安

<p class="ql-block">　　藍天白云，晚霞朝暉，夕陽紅日，雨后彩虹，綠水青山，大自然奉獻給人類太多的美景。</p><p class="ql-block"> 為什么天是藍的，云是白的？為什么天空在晨夕時又變成了紅色？為什么彩虹有七種顏色？</p><p class="ql-block"> 為了解決這些問題，我們還得先了解兩個自然規(guī)律，分別叫做<b>瑞利散射</b>和<b>米氏散射</b>。</p> <p class="ql-block">　　<b>瑞利散射</b>是光子與微小粒子(如氣體分子)碰撞時的散射規(guī)律，這種碰撞光子方向改變但能量不變。</p><p class="ql-block"> 發(fā)生瑞利散射時散射強度與入射光波長的四次方成反比，即波長越短散射越強，波長越長散射越弱。</p> <p class="ql-block">　　<b>米氏散射</b>是當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長相當(dāng)時發(fā)生的散射。這種散射主要由大氣中的微粒，如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起。米氏散射的散射強度與波長的二次方成反比，并且散射在光線向前方向比向后方向更強,方向性比較明顯。</p> <p class="ql-block"><b>一.天空藍色的原因</b></p><p class="ql-block"> 太陽光由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等不同波長的光組成?？諝夥肿訉獾纳⑸渥裱鹄⑸湟?guī)律，即散射強度與光的波長的四次方成反比，波長越短散射越強。藍光波長較短（約450-495nm），散射后在各個方向分布較多。雖然紫光波長更短，但紫光在各種顏色的光中占比較少，人眼對藍光的敏感度又高于紫光，因此天空呈現(xiàn)藍色。</p><p class="ql-block"><b>二.云成白色的原因</b></p><p class="ql-block"> 云主要由大量小水滴和空氣中的粉塵顆粒組成，這些顆粒的直徑通常大于1μm，遠大于太陽光中任何顏色光的波長，此時發(fā)生米氏散射，對各種波長的光散射程度相近。太陽光中所有顏色的光被均勻散射后混合，在人眼中形成白色視覺，因此天空的云呈白色。</p> <p class="ql-block"><b>三.清晨時東方呈紅色原因</b></p><p class="ql-block"> 清晨時陽光在大氣中經(jīng)過的路程要比中午長30多倍，根據(jù)瑞利散射原理，其它波長較短的光都被空氣分子散射掉了，最后只剩下波長最長的紅光射到地面，或者說紅光穿透能力最強，因此早晨東方天空呈紅色。</p> <p class="ql-block"><b>四.晚霞呈紅色的原因</b></p><p class="ql-block"> 與清晨東方呈紅色的原因相同。</p> <p class="ql-block"><b>五.出現(xiàn)紅月亮的條件</b></p><p class="ql-block">? 1.發(fā)生月全食，月球處于地球本影區(qū)內(nèi)，沒有直接照射到月面的日光。</p><p class="ql-block">? 2.由于波長短的光被大氣分子散射，只有波長最長的紅光能穿透大氣層；由于大氣密度的不均勻，太陽光會發(fā)生折射，向地球中心方向匯聚。如果月球剛好運行到紅光會聚的區(qū)域就會出現(xiàn)紅月亮。</p><p class="ql-block">? 3.月球的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓的，軌道平面與地球公轉(zhuǎn)軌道平面之間有一個夾角。要發(fā)生月全食必須月球、地球、太陽大體在一直線上；要出現(xiàn)紅月亮，它與地球的遠近又必須處在紅光的匯聚區(qū)。</p><p class="ql-block">? 4.根據(jù)以上分析，不是每月都會出現(xiàn)月食，不是每次月食都會發(fā)生月全食，更不是每次月全食都會出現(xiàn)紅月亮。</p> <p class="ql-block"><b>六.出現(xiàn)彩虹的原因</b></p><p class="ql-block"> 當(dāng)光線斜射入兩種介質(zhì)分界面時會發(fā)生折射。不同頻率的光在同一種介質(zhì)中折射率不同，因此白光通過三棱鏡時會形成一條彩色的光帶。</p><p class="ql-block"> 雨后云中水滴較大，它就相當(dāng)于一個個的棱鏡，太陽光通過時就形成了一個彩色光帶，這就是彩虹。</p>