10月12日，在近幾十年來最強的超級颱風「海貝思」（Hagibis）登陸前，日本京都等部分地區上空出現了壯觀的景象：整個天空被染成了鮮豔的粉紫色，在濃雲密布的映襯下，詭譎的畫面宛若動畫場景中的「魔界」。網友在拍照記錄這一奇景的同時，也對超級颱風可能造成的巨大損失充滿了憂慮。
伴隨颱風海貝思而來的紫色天空 | Twitter @Desu_unknown
伴隨颱風海貝思而來的紫色天空 | Twitter @あらーとくん
事實上，此次在日本出現的「紫色天空」現象一個月前也曾在美國出現過。9月，在颶風多利安（Dorian）侵襲後，美國佛羅裡達州的上空也呈現出濃烈的紫色，人們紛紛在社交媒體上對這一奇特的現象表示驚嘆。再往前追溯一年，同樣是在佛羅裡達州，颶風麥可（Michael）登陸後也留下了紫色天空這一壯麗的場景。
颶風多利安帶來的紫色天空 | Amy Pope-Latham,
Coastal Beaches Therapy
儘管海貝思等颱風到來時將天空染成紫色，這一奇景並不一定意味著災害的降臨。2018年1月，在紐西蘭奧克蘭也有人記錄下了類似的景象，而除了空氣非常潮溼以外，沒有極端的氣象災害在隨後被觀測到。
2018年1月 奧克蘭傍晚的紫色天空 | Twitter @Rob Isaac
紫色天空的出現自然不是所謂的「魔界降臨」，我們可以運用光學原理對這一現象進行科學解釋。不妨先問一個問題：晴空萬裡的日子，天空為什麼是藍色的？
我們平常看到的太陽光由不同波長的單色光混合而成，其中人類肉眼能感知到的可見光按順序主要由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色組成，從紅光到紫光，波長依次遞減，紅光波長最長，紫光波長最短。
而晴朗天空的藍色，與一種叫「瑞利散射」的現象息息相關。一百多年前，英國物理學家瑞利在研究中發現，當光散射到尺寸遠小于波長的微粒上時，波長越長，散射光的強度越弱。紫光的散射能力最強，紅光則最弱。
天氣晴朗、萬裡無雲的情況下，空氣中固體顆粒等大直徑的雜質很少，對光線造成的阻礙很小，太陽光主要與空氣中的氮氧分子等微小粒子等發生散射，波長較長的紅光等散射較少，而藍紫色光成為散射的主要對象。
藍紫光與空氣中的分子發生瑞利散射 | Scientific Protocols
既然如此，為什麼晴朗天空沒有呈現出紫色呢？這與人眼的結構有關。經過長期的生物進化，人眼對於太陽光能量最為集中的波段最為敏感，對可見光中能量較低的紫光的敏感度排在最後。最終，太陽光的瑞利散射與人眼的敏感程度兩大因素，決定了我們平時看到的澄澈天空是藍色的。
然而，日出日落之時，天空往往被太陽光染成紅色或者橙色，這又是因為什麼原理呢？
與晴朗天空的情景不同，晨曦與夕陽的色彩主要是由色光穿透能力的差異決定的。中午時分，太陽光穿透的大氣層較薄，藍紫光在透過大氣層的路程中散射相對較少。而在日出或日落時，太陽接近地平線，太陽光需要經過較厚的大氣層才能到達地面，導致穿透能力弱的藍紫色光因散射消耗較多而難以觀察到，穿透能力強的紅光則基本成功走過了這段漫長的旅途，最終使得日出與日落表現出紅黃相間的色彩。
對晴朗天空與夕陽的顏色的解釋
| Humboldt University Geospatial Online
理解了晴朗天空的藍色與日出日落的紅色的原因後，颱風到來後的紫色天空又該如何解釋呢？
對於在颶風麥可登陸後出現的紫色天空，有的解釋將其歸因於在空氣中發生瑞利散射但沒有顯露出的紫色波長光。然而可見光中的紫色波段成分較少，不太可能會在天空中顯現出如此強烈的色彩。
英國氣象學家、BBC天氣節目主持人薩拉·基斯-盧卡斯（Sarah Keith-Lucas）給出了不一樣的答案。紫色天空的天象一般在落日時分出現，而除了太陽光散射外，夕陽的顏色還會受到灰塵、水滴、雲層等因素影響。颱風帶來豐沛的水汽，透射而過的紅光照亮雲層底部，疊加在深藍色天空上，最終呈現出紫色。
紅色+藍色=紫色 | This Brazen Teacher
在薩拉的解釋中，天空的「紫色」並非由可見光的紫色波段光表現出來，而是紅光與藍光的混合，在人的視覺中最終變成「紫色」。天空背景的藍色來源於太陽光的瑞利散射，而光線穿透大氣層後留下的主要是紅色光，紫色是由兩者混合而成。
相比於紫色波長光的說法，薩拉的解釋更為合理，不過颱風到來前後，大氣條件較為複雜，雲層對光線的散射與折射會對現象的產生造成較大影響，紅光與藍光的混合暫時只是對紫色天空簡單的初步解釋，有待更為專業的研究。
紫色天空的顏色由紅色與藍色混合而成
| Glenn Randall Photography
颱風帶來紫色天空的原因也許沒有定論，但在其他情景下出現的類似現象可以作為參考。今年6月，俄羅斯雷科克（Raikoke）火山爆發，產生的火山灰和硫磺氣體噴射到大氣層中，在一些國家也造成了紫色天空的現象。無獨有偶，1991年6月，菲律賓的皮納圖博（Pinatubo）火山爆發後，美國的部分地區也在日落時出現了紫色餘暉。
今年10月5日，雷科克火山爆發產生的灰塵使得羅馬出現紫色晚霞
| Virtual Telescope
對於這種被稱為「火山薰衣草色」的現象，美國國家氣象局的氣象學家史蒂芬·克爾菲迪（Stephen Corfidi）做出了科學解釋。火山爆發後，產生的大直徑顆粒（如灰塵、硫酸液滴等）滯留在大氣層，形成一種名為「氣溶膠」的大氣體系。氣溶膠體系能對太陽光中的藍色波段產生強烈散射，落日時分的紅色光輝在深藍色的背景下，在視覺上便形成紫紅色的晚霞。這與之前薩拉對紫色天空的解釋是類似的。
以下的示意圖做出了更形象的展示。日落時分，在低角度照射的條件下，穿透大氣層而進入人視線的太陽光以紅、橙、黃光為主。藍光在光線長距離傳播中被散射，這一過程主要發生在海拔較高的平流層等區域，強烈的紅光加上較遠的距離，使得人眼難以觀察到藍色的背景。
然而，火山爆發將火山灰、含硫顆粒等物質噴射到平流層後，顆粒物形成的氣溶膠體系對藍光的散射非常強烈，使得天空呈現出深藍色背景。穿透大氣層的紅光與天空的藍色背景在一定條件下混合，最終產生紫色天空的現象。
火山爆發後紫色天空的產生原因示意圖 | Applied Optics
大型火山爆發將大量的火山灰等雜質噴射到大氣層中，往往會帶來奇異的天象，紫色天空只是其中的一例。1883年印度尼西亞的喀拉喀託（Krakatau）火山大爆發是人類史上最大的火山噴發之一，這次噴發及其引發的海嘯摧毀了數百個村莊和城市，造成數萬人死亡。火山將2000萬噸含硫物質噴射到大氣層中，把全球眾多地區的日落染成極為豔麗的橙紅色，著名畫家愛德華·蒙克（Edvard Munch）舉世聞名的畫作《吶喊》的紅色天空背景被認為受到了這一現象的啟發。
紫色天空的成因需要根據當地具體的大氣狀況進行分析，背後隱藏著複雜的物理光學原理。陰晴無常、變幻莫測的大氣現象，蘊含著無窮的奧秘，等待著我們去發現——只不過，這些奧秘和魔界降臨沒什麼關係。
美國亞利桑那州，紫色天空籠罩下的雪後峽谷
| Twitter @US Department of the Interior
參考來源：
[1]https://www.abc.net.au/news/2019-10-12/cities-evacuated-as-typhoon-hagibis-barrels-towards-japan/11596984
[2] https://edition.cnn.com/2019/09/05/us/hurricane-dorian-purple-skies-sci-trnd
[3]https://www.msn.com/en-us/weather/topstories/why-florida-skies-turned-purple-after-hurricane-michael/ar-BBOgbjG
[4]https://www.mnn.com/earth-matters/wilderness-resources/blogs/why-does-sky-sometimes-turn-purple
[5]http://gsp.humboldt.edu/OLM/Courses/GSP_216_Online/lesson2-1/scatter.html
[6] https://www.bbc.com/news/uk-england-46467988
[7] https://www.spc.noaa.gov/publications/corfidi/sunset
[8]https://www.forbes.com/sites/robinandrews/2018/01/15/lavenders-and-afterglows-how-volcanic-eruptions-paint-the-sky/#5a2c6374579d
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