发布时间:2024-09-19
抬头,今天又是一个晴空万里的好日子。
突然,一个奇怪的问题在我的脑中浮现:
天空,为什么是蓝色的?
阳光的多彩构成了这片蔚蓝的基调。
太阳光实际上是各种电磁辐射的综合体,从强度最大的紫外线,到肉眼可见的可见光,再到少量近红外光谱。
光能量越高,波长越短,
因此在可见光谱中,蓝光和紫光的波长相对较短且能量较高,而橙光和红光则波长较长,能量较低。
因此,当白光通过棱镜时, 不同波长的光会向不同方向折射,形成迷人的色散现象。
在天空中,类似的奇妙过程正在悄然进行,而参与这一过程的并不是人造棱镜,而是天空中漂浮的微小粒子,如氧、氮、水、二氧化碳及氩等,这一过程被称为瑞利散射。
瑞利散射是指那些半径远小于光波或其他电磁辐射波长的微小颗粒对入射光的散射现象。
在 气体、液体和固体
中,瑞利散射普遍存在,只是在气体中尤为明显。
依照瑞利散射原理,光的强度越高,波长越短,散射效果也愈显著。
因此, 波长最短的紫光,其散射频率远高于波长最长的红光,甚至超过9倍。
当太阳位于空中正中央,阳光垂直或略为倾斜地射入大气层,实际上只有少量的红光被散射,相比之下,蓝光几乎大部分都被散射,充盈了整个天空。
此时,仰望天空,我们自然而然为那蔚蓝的清晰感所倾倒。
然而,在朝阳升起或夕阳落下时,情况却有所不同。
此时太阳光接近水平地射入大气,阳光中的蓝光由于瑞利散射而被散射到我们难以看到的角度,天空因而呈现美丽的橙红色。
由于太阳位置的变化以及我们观察时的不同视角,天空的色彩也变得异常绚丽。
朝阳初升时,随着太阳角度的提升,蓝光逐渐占据天空,故天空从橙红逐渐过渡至蓝色。
而在夕阳落下时,随着太阳角度的下降,红橙光洒满天际,天空被映射成美丽的晚霞,太阳此时也显得格外红润,宛如一枚饱满的咸鸭蛋。
此时,您或许会疑惑,既然短波长的光散射更为显著,那么紫光呢?与蓝光相对,绿光的散射又如何?
实际上,情况与人类眼睛和大脑的构造密切相关。
确实,天空中散射的 紫光数量远超蓝光,
然而可惜的是,我们的人眼却无法清晰识别它们。
人类是三色视觉,拥有三种识别颜色的视椎和单色视杆细胞。
当我们接收到某一颜色信号时,大脑会自动将其解析,与某种颜色匹配,从而产生颜色认知。
我们的眼睛对于蓝色、青色、绿色的反应强烈于紫色光,尽管接收到的紫光信号更多,但由于我们对其敏感度不足,最终无法压倒蓝光的信号强度。
因此,我们的大脑会 优先将天空处理成蓝色。
换句话说,如果我们对紫光的敏感度更高,可能我们看到的天空将是偏紫色的,那将是一个颇为梦幻的场景。
此外,在绿光与红光的对比中,情况同样如是,人类视觉系统在面对同时存在的红光与绿光时, 通常难以准确分辨绿光,最终大脑会将其处理为黄色。
而且在早晨和傍晚,绿光的损失又明显高于红光,从而使得我们看到的天空呈现出熟悉的橙黄色或橙红色。
综上所述,大脑中反映出的颜色,并不直接对应于光的波长,我们的视觉经历着进一步的加工过程。
这便是蓝天的真相,它并非单一的蓝色,而只是在大脑的处理下,主要呈现为蓝色。