天空為什麼是藍色的？為什麼不是其它顏色？

天空為什麼是藍色的？這個問題可能很多人小時候都問過或者思考過，其中一部分人可能直到長大以後都依然沒有弄明白它，所以今天，我們來嘗試弄清這個童年的問題。

要解釋天空為什麼是藍色之前，也許我們需要先搞清楚為什麼會有顏色。人類，也包括絕大部分的地球生物，最早接觸的光就是太陽光，因此，我們的視覺系統都是為了適應太陽光而演化出來的，我們視覺系統所能感受到的光稱為可見光。如果小時候用肉眼直視過高空的太陽的好奇寶寶可能就會知道，太陽是一個刺眼的白色圓盤。（白天直視太陽會灼傷視網膜，造成視力永久性損傷，切勿嘗試！）因而對於我們人類的視覺系統來說，太陽光是白色的，就是正午直視太陽時所能看到的顏色。（白色光跟白色物體不同，白色光就是沒有顏色的光）

直到17世紀一位天才的出現，完全改變了人們對太陽光的認知，這位天才就是人類歷史上最偉大的科學家牛頓。他發現當一束白色的太陽光通過了三稜鏡以後，會分解成一條彩色的光帶，仿佛太陽光散開了，這就是我們現在所說的太陽光色散現象。

色散現象表明太陽光並不是無色的白光，而是由不同顏色的光所混合而成的，當這些不同顏色的光疊加在一起，就會成為無色的白光。

現在，科學家已經知道光是一種電磁波，那些不同顏色的光就是不同波長的電磁波，這些不同波長的電磁波穿過透明介質的時候，會產生不同程度的折射，波長越短，折射率越低，波長越長，折射率越高。這就導致了包含不同顏色光的太陽混合白光在進入三稜鏡後，波長較短的紫光被偏轉得更厲害，而波長較長的紅光則偏轉的角度更小，因而導致一束白光被不同的偏轉角度分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的光。

知道了不同波長對應不同顏色，那麼問題來了，我們又是怎樣感受到不同波長對應的顏色的呢？答案是我們視網膜上的視錐細胞。正常人的眼睛擁有三種不同的視錐細胞，它們對不同波長的光敏感，所謂的敏感其實就是能通過不同波長光刺激產生不同強度的神經衝動，而我們的大腦就會把這些不同的神經衝動處理成不同的顏色的視覺感受。大家知道個大概就好，視覺的工作原理這裡不詳述。

這三種視錐細胞響應光刺激最敏感的峰值波長分別是570nm、535nm、445nm，在我們的視覺裡對應了紅、綠、藍三種顏色。如下圖：

從圖中的曲線分布（代表波長敏感範圍）可以看到，視錐細胞對紅、綠光對應的波長更為敏感。

知道了我們感受顏色的原理之後，我們就可以來解釋我們為什麼看見天空是藍色的了，首先從視覺上看，我們能看到天空是藍色的原因就是，我們對445nm波長敏感的藍色視錐細胞接收到大量光信號，而紅、綠顏色視錐細胞沒有或者只接收到少量光信號。這意味著天空充滿的是波長較短的可見光。

那麼為什麼天空中只有波長較短的可見光？原因就在於空氣中的氣體顆粒太小，太陽光裡波長較長的可見光會直接繞過這些微小的氣體分子直射到地面，而不會在空氣中被吸收和散射，只有那些波長較短的可見光會被這些細小的氣體分子吸收和散射，因此大氣中散射的光基本都是波長較短的光。

那麼問題來了，波長更短的不是紫光嗎？為什麼我們看到的天空不是紫色而是藍色的呢？原因就是前面說的視錐細胞的敏感性，相對於紫色，視錐細胞對藍色更為敏感，說白了就是我們的眼睛對紫色不敏感，因此雖然天空實際上也散射了大量的紫色光，但我們看到的天空顏色依然是藍色的。