天上的色彩从何而来

于鹏飞

春天的脚步越来越近，蓝天白云、大地复苏的景蒙真是美极了！面对这般美景，同学们有没有思考过一个问题：天空为什么是蓝色的，晚霞为什么是红色的，云朵又为什么是白色的呢？今天我们就来研究一下！

我们为什么能看到这个世界？因为有光。生活中最常见的光当属太阳光了。但是你知道吗？太阳光是由可见光和不可见的紫外线、红外线等组成的。我们每天肉眼所见的只是那部分可见光。可见光其实是白色光，但是1666年，英国科学家牛顿第一次用三棱镜折射分解了阳光，发现了可见光是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成，而且这七种光的波长自红至紫依次递减。

为什么天空看上去是蓝色的？

我们知道大气是由大气中的分子（如氮分子、氧分子等）和悬浮在大气中的颗粒物（如尘埃等）组成，这些物质体积非常小，光在射入大气的时候遇到这些微粒，就会有一部分偏离原来的方向而向侧方散开，这就是光的散射現象。干净的天空中，尘埃很少，散射的“主力军”就是氮、氧分子，按照瑞利散射（英国物理学家瑞利勋爵在1900年提出）的说法，这些分子的散射有个特点，就是对不同颜色的光有着不同的散射能力。当太阳光通过大气层时，波长较短的蓝色系光最容易被散射：而波长较长的红色系光则散射得较弱。因此在晴朗的白天，我们看到的天空呈现出的就是被散射出来的蔚蓝色！

为什么晚霞是赤红色的？

清晨和傍晚，太阳光是斜射入大气层的。因此，太阳光在大气层中通过的距离要比白天长。还是按照瑞利散射定律，波长较短的光较容易发生散射，所以蓝色系的光大都在抵达我们眼睛之前就衰减了。没有衰减的红色系光则顺利抵达我们的眼睛，因此早晚的天空是赤红色的。

云朵为什么是白色的？

云是由大量小水滴和小冰晶聚集形成的，而这些形成云的颗粒直径为0.01～0.1毫米（10000—1000 000纳米），比光的波长要长很多。这种由大颗粒引起的散射被称为米氏散射（德国物理学家古斯塔夫·米于1908年提出）。米氏散射的特征是所有波长的光均等发生散射。因此，各种波长的光混合在一起，使散射光和太阳光一样呈现白色。正是因为这些散射光呈现白色，才让云朵看起来是白色的。

你可能会说，阴天的时候，云是灰色的！没错，阴天的时候云层很厚，厚厚的云层会遮蔽太阳光，使光线大幅衰减，所以云层呈现灰色。

不仅如此，空气中的尘埃比较多的时候，天空看起来白蒙蒙的。现在大家能想到这是为什么了吗？没错，也是因为米氏散射！只不过在这样的天气，引起米氏散射的是直径大于光波的各种颗粒物，如PM10、PM2.5等。