藍天的藍色背後的科學原理

仰望天空可能是人生中最容易做到的事情，每每看到藍天白雲，心情就會瞬間舒暢。然而，從人類真正搞明白藍天的藍色是怎麼形成的才不過100年的時間。要從本質上說明白這個問題，我們需要了解，陽光、天空、陽光與空氣之間的相互作用，以及人的眼睛對於天空顏色的影響。下面，大家就一起來詳細了解一下。

一、太陽光

太陽光，廣義的定義是來自太陽所有頻譜的電磁輻射，太陽光需要8.3分鐘才能從太陽抵達地球。當太陽輻射沒有被雲遮蔽，直接照射時通常被稱為陽光，是明亮的光線和輻射熱的組合。在地球表面，陽光是當太陽在地平線之上，經過地球大氣層過濾照射到地球表面的太陽輻射，則稱為日光。

太陽放出來的光譜主要來自太陽表面絕對溫度約六千度的黑體輻射(Black Body Radiation)光譜可見光的波長範圍在770～390納米之間，不可見光，又分為2種：位於紅光之外區的叫紅外線，波長大於760nm，最長達5300nm;位於紫光之外區的叫紫外線，波長290～400nm。

波長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。770～622nm，感覺為紅色；622～597nm，橙色；597～577nm，黃色；577～492nm，綠色；492～455nm，藍靛色；455～390nm，紫色。散射後分為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7色，集中起來則為白光。

二、天空

啥是天空呢？這也能算是個問題嗎？很多人以為天空就是地球的天花板唄，我們的古人把它叫做天穹，如果您這麼想那就真的錯了。因為我們今天已經知道，天空並不存在什麼頂棚，而是一圈包裹著地球的大氣層，所以我們看到的其實是一片明亮的薄霧。

可以把大氣層看做是一個厚厚的氣體的隱形眼鏡，光線可以穿透它們，並且在大氣層中發生各種光學現象，返程的宇宙飛船也可以刺破它而不會留下破洞。在距離地面不高的地方，有鳥兒飛翔；在更高的地方漂浮著白雲；再往上有飛機往來其中。

三、陽光與大氣的相互作用

太陽光是由不同波長的光所組成，波長較長的紅光會透過大氣中的微粒直接射向地面，而波長較短的藍、靛、紫容易被大氣中的微粒散射。短波段中藍光能量最大，因此散射出來的光波也最多。散射又分為瑞利散射和分子散射，瑞利散射是由大氣層中的微塵產生的，分子散射是由大氣層中的氣體分子產生的。

但兩種散射都是光的波長越短散射越厲害，太陽發出的可見光進入大氣層後，波長較長的紅橙黃光散射的輕微一些，波長較短的藍靛紫光散射的厲害一點，在效果上，紅橙黃光基本可穿透大氣層向前傳播，而藍靛紫光被散射向其他方向。

因此我們看到的天空呈現蔚藍的顏色，由於空氣分子對於青光選擇性散射，從而使晴朗的天空呈現藍色。

四、天空中的藍色為什麼會深淺不同？

如果您仔細觀察會發現，在天空中不同部分，藍色的程度也不相同。天頂藍色最深，而地平線附近的藍色比較淺。這是因為，來自地平線附近的光線，在大氣中通過的路程比較長，遇到的粒子多，從而使白光與藍光混合在一起，使藍色變淺。

五、既然波長更短的紫光更容易散射，為什麼我們看不到紫色的天空呢？

答案在於我們的眼睛對光線的反應。在眼睛內部有兩種對光有反應的細胞：視杆細胞和視錐細胞。視杆細胞負責檢測亮度，視錐細胞則負責檢測顏色。視錐細胞分為三個類型，分別對紅色、綠色和藍色的波長反應最強烈。

當這三種光經過不同比例的混合後，我們的視覺系統就會構造出我們所看到的各種顏色。藍色的視錐細胞對藍色比紫色更敏感，所以當你仰望天空時，視錐細胞會告訴你的大腦你看到的是藍色，而不是紫色。

結束語

關於天空為什麼是藍色的，我們就說這麼多。藍天的形成，是陽光的光譜、大氣的作用、人眼睛對色彩的選擇性共同作用的結果。小夥伴們，這些知識點您GET到了嗎？如果您還有疑問，歡迎在評論區留言。

文/科學塢 圖片來自網絡侵刪。