導語
一個人的顯著特徵之一就是好奇心。也許,作為一個孩子,在仰望天空時,會發出這種疑問:「為什麼天空是藍色的?」事實證明,這個看似簡單問題的答案,需要一些物理學領域的知識,因此,並非每一位家長都能夠正確地向孩子解釋這一現象的原因。
從科學角度來思考這個問題。這個秘密又是什麼呢?
太陽光譜
電磁輻射的波長範圍,幾乎覆蓋了整個電磁輻射範圍,其中,包括人類可見輻射。下圖顯示了太陽輻射強度與該輻射波長的關係。
通過分析這個圖像,我們可以注意到,不同波長輻射強度的不均勻也是可見光輻射的一個表現。所以,相對較小的輻射,對可見光的影響就會產生紫色,而大部分都是藍色和綠色。
1.為什麼天空是藍色的?
首先,空氣是無色的氣體,不應該發出藍光,那為什麼天空是藍色的呢?事實上,造成這種輻射的原因來源於我們的恆星(太陽)。
正如你所知道的,白光實際上是可見光譜中所有顏色輻射的組合。在稜鏡的幫助下,你可以將光線分解為整個顏色範圍。類似的效果就是在雨後的天空中,出現的一道彩虹。當陽光進入地球大氣層時,它開始散射,也就是說,輻射改變了它的方向。然而,空氣的成分特點是,當光線照射空氣時,短波的輻射比長波的輻射更強烈些。因此,考慮到前面提到的光譜,可以看出,當穿過空氣時,紅光和橙光實際上不會改變它們的軌道,而紫色和藍色的輻射將明顯改變其方向。由於這個原因,在空氣中有一種「漫遊」短波光,它不斷地在這個環境中散射。
當你看著天空時,你很可能會看到可見光的陰影,其波長是最小的,因為它是在空氣中散射得最好的。
當看太陽時,為什麼看不到明顯的紅色呢?
首先,一個人不可能仔細並且長時間看著太陽,因為強烈的輻射會損害視覺器官。第二,儘管存在這樣一種現象,即:空氣中的散射現象,但太陽發出的大部分光線,並未散射到地球表面。因此,所有顏色的可見光譜結合在一起,形成了一個更加明顯的白色光。
從可見光輻射角度來看,最小的波長是紫色,其次是藍色。考慮到太陽輻射強度的不均勻,很明顯,紫色的作用是微不足道的。因此,貢獻最大的是藍色。
2.夕陽為什麼是紅色的?
當太陽落山時,我們可以觀察到紅色和橙色的光線。在這種情況下,來自太陽的光在到達觀測者的眼睛之前,它必須在地球的大氣層中傳播更遠的距離。剛開始,當太陽輻射與空氣相互作用時,最明顯的是藍色,然而,隨著距離的增加,短波輻射在沿途散射的過程中會失去其強度,而長波輻射就不一樣了,它可以很好地克服這一長距離的傳播。這就是為什麼在日落時太陽是紅色的。
正如前面提到的,雖然長波輻射在空氣中的散射作用很弱,但仍會發生散射。因此,在地平線上,太陽發出的光,只有紅色和橙色陰影的輻射到達觀察者眼裡。
3.為什麼雲是白色的?
談到雲,據了解,它們是由微小的液滴組成的,幾乎均勻地散射可見光,與輻射的波長無關。然後,光線從一個液滴擴散到其他液滴上。在這種情況下,所有波長的輻射組合都被保留下來,所以,雲層「發光」(反射)為白色。
結語
由此,我們可以看出,生活中許多常見的現象,事實上包含著科學的道理,只要你細心觀察,加上你學到的知識,就能解釋這些現象,從而讓你感受到知識的力量是無窮的。