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日前,我國國家航天局發布消息稱,2020年,我國將首次開啟探索火星的任務。這對於國人來說無疑是振奮人心的消息,我國的航天之路又開始向另一個星球進軍了。以往我們看到的火星照片大多都是由NASA的太空飛行器拍攝的,「洞察號」、「機遇號」等火星探測器就曾拍攝到火星藍色日落的奇幻場景。
每個人可能都見過地球的紅色落日,同樣都是太陽系的行星,又都圍繞太陽公轉,為何火星的落日如此與眾不同?這就要說到一種物理現象,瑞利散射。
這是一種在生活中非常常見的光學現象,又叫「分子散射」。1871年,英國物理學家瑞利經過反覆實驗,發現當光線射入比其波長小很多的微笑顆粒時,就會發生光散射作用,其強度與入射光的頻率(或波長有關),因此稱之為瑞利散射。
我們能在地球上看到紅色的日出日落以及藍色的天空,完全就是因為瑞利散射的原因。當陽光射入地球的大氣層,空氣分子(其半徑小於可見光的波長)就會發生瑞利散射,將陽光中波長較短的藍光散射,因此我們看到的天空是藍色的。
早晨或者傍晚,大氣中的灰塵和其他細顆粒將落下或升起的太陽光線中的藍色和綠色散射成黃色,橙色和紅色。當這些色彩被雲層反射後,夕陽的顏色就會被放大並散布在整個天空中,也就有了紅色的天空。
而研究火星的科學家發現,火星大氣稀薄,空中塵埃顆粒較大且較多。而藍色日落正是由這些懸浮顆粒對光的散射造成的。由於火星巖石富含赤鐵礦,使得這些顆粒有著與生俱來的橘紅色。當太陽光攝入火星,直徑較大的懸浮顆粒會將太陽光色散成紅光和黃光,導致視線方向的紅光減少,因此看到的就是藍色的夕陽。
不過,也有科學家對這種理論提出質疑,因為火星的灰塵顆粒對於達到瑞利散射的條件還是太大了。它們認為如果是瑞利散射造成的,必然會像地球日升之時的魚肚白一樣,有一個漸變顏色的過渡,以太陽為中心從藍色變到淡藍再變到白色。然而在太陽的周圍並沒有發現這樣的現象。他們推測這種現象更可能是火星稀薄大氣中1-2 微米的氣溶膠「衍射」效應造成的。
既然原理大致相同,那麼地球有沒有可能發生藍色的落日呢?答案是肯定的,只要條件能夠達到,這種現象就會發生。其實在廣州和日本曾多次報導過藍色落日、綠色落日這種在地球即為罕見的天文現象。
不過,科學家也提醒,一般出現這種現象都需要大顆粒灰塵對光的散射,由於地球本身就有大氣,一般這種情況不會發生。如果這種現象經常出現,也意味著我們周圍的空氣開始惡劣,霧霾的影響加劇。看似美好的科幻景象背後隱藏著嚴重的人類危機。
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