天空為何是藍色的,且它是從哪裡開始的?

2020-12-05 天文在線

這是一個家長們每天都會被問到的問題,並且是一個很棒的問題。

有些人覺得天空是藍色是因為陽光將大海反射到天空裡。但是天空在大陸內部也是藍色,附近沒有一處海洋的地方!

還有一些人以為原因是空氣中的水分子,然而天空在極其乾燥的地方也是藍色,比如在沙漠。

利比亞撒哈拉沙漠上空的蔚藍天空

那麼,真正的原因是什麼呢?

藍色天空的原因要說到陽光和大氣相互作用的方式。

如果你曾經玩過三稜鏡或是看到過彩虹,那你應該知道陽光是由不同顏色的光組成的,「ROY G. BIV」這個名字可以幫我們輕鬆記住這些顏色:紅橙黃綠藍靛紫。(注,ROY G. BIV取於顏色首字母:red, orange, yellow, green, blue, indigo, and violet.)

墨爾本郊區的彩虹,2017

這些可見光在電磁波譜中僅佔非常小的一部分,電磁波還包括紫外線,微波和無線電波。這就意味著這些看不到的波導致皮膚曬傷,使我們可以加熱食物,以及讓我們可以聽到電臺廣播,它們都是光的不同形式。

光譜,波長與實物大小的對比。

光以不同長度的波傳播:有一些波長短,光的顏色更接近於藍色,還有一些波長長,光的顏色更接近紅色。當陽光到達我們的大氣層時,空氣分子散射了藍色的光而讓紅色的光通過。科學家把這種現象叫做瑞利散射。

可見光光譜。每種顏色的光從紅色到藍色,波之間的距離越來越短。

當太陽高懸於天空時,它顯示了它的真實顏色:白色。而當日出和日落時,我們則可以看到一個更紅的太陽。這是因為陽光正在穿過一個更厚的大氣層。這個過程中,藍光和綠光都被散射掉,而更紅的光線則通過並將雲層染為很漂亮的紅色,橙色和粉色。

2017年冬至日,紅色的陽光照亮墨爾本傍晚的雲

瑞利散射還會影響我們看到的月亮。當月亮在月全食期間穿過地球的陰影時,藍色和綠色的光線散射在地球的大氣層中,紅色的光則可以穿過。地球的大氣層就像一隻放大鏡,將紅色的光折射在月球上。這使得月亮在此時染上一層怪異的暗紅色。

就因為這個原因,在許多文化中,包括澳洲的土著,都會將月全食與血聯繫起來。

2003年五月15日,月全食期間暗紅色的月亮

瑞利散射在其他星球上也扮演著同樣的角色。你知道火星的天空也是藍色嗎?(當沒有風暴將紅色的灰塵揚進空氣時,它確實是藍色!)(譯者注,事實上是白天是黃褐色,僅在日落時呈現灰藍色,且火星空氣稀薄,沒有太多瑞利散射,反而灰塵大,以米氏散射為主,故天空顏色與散射角有關。)

1976年8月29日維京太空飛行器拍攝到的火星天空

那麼最後,天空是從哪裡開始的呢?

這是一個很棘手的問題。一隻鳥從50米的高度飛躍我們,看起來它應該是在空中。同樣,飛機也是這樣,但它們飛行高度超過10000米。

「天空」僅是我們在大氣層底部仰望的大氣。大氣層的大部分向上延伸大約16千米,這也是大部分瑞利散射發生的地方。

如果你曾看到過火箭進入太空的視頻,你可以看到當火箭穿過大氣層時,藍色的天空逐漸消退成為黑色的背景。

觀看太空梭發射。當太空梭在地球大氣層上方移動時,你可以看到天空從藍色轉為黑色。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. curious

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