為啥天空是藍(lán)色的？而不是彩虹一般的七彩顏色呢？

抬頭，又是一個(gè)藍(lán)天白云的好日子。等等，一個(gè)古怪的問題突然浮現(xiàn)在腦海中：

天，為什么是藍(lán)色的？

多彩的陽(yáng)光，為這道蔚藍(lán)色涂上了第一筆。

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太陽(yáng)光的本質(zhì)是來自太陽(yáng)的所有電磁輻射，從最高能的紫外線，到肉眼可辨識(shí)的可見光，再到部分近紅外光譜。

光的能量越高，波長(zhǎng)越短，因此在可見光中藍(lán)光和紫光的波長(zhǎng)較短而能量較高，而橙光和紅光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)而能量較低。

所以，當(dāng)白光經(jīng)過三棱鏡時(shí)，不同波長(zhǎng)的光就會(huì)被折射向不同的方向，造就奇妙的色散現(xiàn)象。

在天空中，類似的奇妙過程也在悄悄發(fā)生著，不過這個(gè)過程中發(fā)生作用的并不是什么人造的三棱鏡，而是天空中漂浮的各種微小粒子，氧、氮、水、二氧化碳以及氬等等，這個(gè)過程叫做瑞利散射。

瑞利散射指的是像它們這樣半徑比光或者其他電磁輻射的波長(zhǎng)小得多的微小顆粒對(duì)入射光束的散射。在氣體、液體和固體中瑞利散射都在悄然發(fā)生，只不過在氣體中最為明顯。

根據(jù)瑞利散射的規(guī)律，光的強(qiáng)度越高，波長(zhǎng)越短，被散射也就越厲害。因此，波長(zhǎng)最短的紫光的散射頻率，要比波長(zhǎng)最長(zhǎng)的紅光的散射比例高出 9 倍以上。

當(dāng)太陽(yáng)高懸天空中央，陽(yáng)光垂直或者稍有斜角地?cái)z入大氣層，其實(shí)只有很少一部分的紅光會(huì)被散射，而藍(lán)光則大部分都被散射了，布滿了整個(gè)太空。

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此時(shí)，當(dāng)我們抬頭仰望天空，自然會(huì)感嘆于天空的澄澈與蔚藍(lán)。但是，在朝陽(yáng)升起或者夕陽(yáng)落下的時(shí)候，情況卻略有不同。太陽(yáng)光接近水平射入大氣層，陽(yáng)光中的偏藍(lán)光都因?yàn)槿鹄⑸涠簧⑸涞搅宋覀兛床坏降慕嵌?，因此，天空就被印成了美麗的橙紅色。因?yàn)樘?yáng)位置和我們觀測(cè)時(shí)所處未知的變化，天空也會(huì)呈現(xiàn)為十分美麗的漸變色。

朝陽(yáng)升起時(shí)，隨著太陽(yáng)的角度越來越高，藍(lán)光開始占領(lǐng)天空，于是天空由橙紅轉(zhuǎn)向藍(lán)色。

夕陽(yáng)落下時(shí)，隨著太陽(yáng)的角度越來越低，紅橙光灑滿天際，于是天空便映襯著十分美麗的晚霞，太陽(yáng)本身也會(huì)在此時(shí)顯得格外紅，像一顆飽滿的咸鴨蛋一般。

說到這里，你大概會(huì)想問既然較短波長(zhǎng)的光被散射地比較厲害，那么比藍(lán)光波長(zhǎng)更短的紫光呢？比它波長(zhǎng)稍長(zhǎng)一些的綠光呢？

其實(shí)，這就與人類的眼睛以及大腦構(gòu)造有關(guān)了。事實(shí)上，天空中散射的紫光當(dāng)然比藍(lán)光多得多，但是很可惜，人眼并不能識(shí)別出它們。人類是三色視覺，擁有三種識(shí)別顏色的視椎以及單色視桿。

當(dāng)我們接收到一個(gè)顏色信號(hào)時(shí)，大腦會(huì)自動(dòng)對(duì)它進(jìn)行解析，并且將之與一種顏色匹配，此時(shí)我們就產(chǎn)生了對(duì)于顏色的認(rèn)知。而我們的眼睛對(duì)于藍(lán)色、青色、綠色的光的反應(yīng)，都比對(duì)紫色光的反應(yīng)更強(qiáng)，雖然我們看到了更多的紫光，但是我們對(duì)它不敏感，接受的信號(hào)強(qiáng)度不夠強(qiáng)，壓不過藍(lán)光的信號(hào)強(qiáng)度。

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因此，我們的大腦會(huì)優(yōu)先將我們看到的天空處理成藍(lán)色。

也就是說，如果我們對(duì)于紫光更敏感一些，其實(shí)我們看到的天空應(yīng)該是偏紫色的，那場(chǎng)面可能會(huì)有點(diǎn)魔幻。

此外，當(dāng)綠光和紅光相比時(shí)也是同樣的原因，對(duì)于人類的視覺系統(tǒng)來說，紅光和綠光同時(shí)存在時(shí)，我們并不能很好地分辨出綠光，大腦反而會(huì)將這個(gè)顏色處理成黃色。

而且因?yàn)樵谠绯炕蛘甙頃r(shí)，綠光損失地比紅光多，這樣調(diào)合一下，我們看到的天空就是熟悉的橙黃色或者橙紅色了。

也就是說，大腦里反映出來的顏色，并不是直接對(duì)應(yīng)光的波長(zhǎng)，我們的視覺還有進(jìn)一步的加工過程。

這就是藍(lán)天的真相，它并不全部是藍(lán)色的，而只是我們的大腦讓我們主要看到了藍(lán)色。

出品｜科普中國(guó)

作者｜海德拉

審核｜羅會(huì)仟 中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員

本文封面圖片及文內(nèi)圖片來自版權(quán)圖庫(kù)

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