天空为什么是蓝色的?
- 为什么天空是蓝色的(blue)?
- 那是因为你的忧郁.
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天空是蓝色的是因为大气对阳光中不同颜色的纯色光的散射不同.
天空为什么是蓝色的?
按照 Rayleigh 定律 (Strutt, aka. Baron Rayleigh 1904, Einstein 1910), 散射光的强度与光波长四次方成反比. 因此阳光中蓝紫色光被散射的强度较之绿色与红色光的强度更大. 所有散射光混合后进入人眼产生的视觉效应即使浅蓝色.
天空为什么不是紫色的?
在可见光谱中紫色光的散射强度确实大于蓝色光, 这已经考虑到阳光中紫光的成分略少于蓝光, 但视觉效应是各种光的叠加. 尤其, 眼睛对蓝光, 绿光和黄色光的响应远大于紫光. 因此最終呈现的视觉效果与蓝色光(~ 472 nm)相似而非紫色光(~ 400nm). 当然天空的蓝与纯色光蓝色是有差别的. 另外, ~ 8%的人视觉系统迥异于常人, 他们眼中的天空可能与472 nm的蓝光的视觉效果差别更大.
晚霞为什么是红色?
这也可以解释为什么朝霞和晚霞是红色的. 早晚太阳高度低, 阳光需要穿过厚重的大气进入人眼. 短波的光, 譬如蓝色紫色和绿色光大多数都被路上散射掉了. 所以剩下红色光占主导成份.
是什么散射了阳光?
散射阳光的是大气, 而不是尘埃和水滴, 虽然小的尘埃, 冰晶和水滴也能产生蓝色的散射效果 (譬如岚), 称为Tyndall 现象. 较大的水滴散射的光呈现白色(譬如云). 单个(大气)分子对可见光的散射谱服从Rayleigh定律. 但是假如大气分子均匀排列成晶格, 会产生衍射效果, 而非Rayleigh散射. 而大气分子的无规则分布 (对应于大气密度无规则涨落) 使得大气对阳光的散射服从 Rayleigh 定律, 这是 Einstein 1910 年在波兰物理学家Smoluchowski工作基础上首先得到的.
为什么Rayleigh定律?
当然, Rayleigh定律仅仅是一个近似规律. 一般散射的产生, 是因为入射光的电磁场会诱导散射散射物质的电子密度分布 (电荷分布) 随时间改变, 从而产生各种辐射效果. Rayleigh定律仅适用于入射光波长远大于散射物体尺寸, 观察者远离散射物体的情况. 因为在这种情况下, 仅仅偶极辐射占主导地位. 因此, Rayleigh定律是偶极辐射的结果.
但对于由很多分子组成的宏观物质而言, 分子的分布对散射结果也有很大的影响. 因为最終散射结果, 是各个分子散射结果的叠加. 在 Smoluchowski 和 Einstein 的工作中, 散射源是大气分子组成的宏观小微观大的小球. 这些小球是由大气的密度涨落产生的. 在此基础上, Einstein 推导出直接依赖于大气宏观性质 (气压, 折射律等) 的散射定律. Einstein的方法与现代统计力学方法得到的结果是相同的. 对于其它物质凝聚态模型, 电子的分布即对入射光的响应往往不同于随机分布的偶极子. 加之, 还可能会产生磁偶极辐射. 这些都会导致Rayleigh定律失效.
最后, Rayleigh 定律还指出, 散射光是随角度不同而极化的. 使用偏振片可以检验这一点.
- 那是因为你的忧郁.
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天空是蓝色的是因为大气对阳光中不同颜色的纯色光的散射不同.
天空为什么是蓝色的?
按照 Rayleigh 定律 (Strutt, aka. Baron Rayleigh 1904, Einstein 1910), 散射光的强度与光波长四次方成反比. 因此阳光中蓝紫色光被散射的强度较之绿色与红色光的强度更大. 所有散射光混合后进入人眼产生的视觉效应即使浅蓝色.
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Rayleigh 散射谱 |
天空为什么不是紫色的?
在可见光谱中紫色光的散射强度确实大于蓝色光, 这已经考虑到阳光中紫光的成分略少于蓝光, 但视觉效应是各种光的叠加. 尤其, 眼睛对蓝光, 绿光和黄色光的响应远大于紫光. 因此最終呈现的视觉效果与蓝色光(~ 472 nm)相似而非紫色光(~ 400nm). 当然天空的蓝与纯色光蓝色是有差别的. 另外, ~ 8%的人视觉系统迥异于常人, 他们眼中的天空可能与472 nm的蓝光的视觉效果差别更大.
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阳光成分曲线 |
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散射光的成分曲线 |
晚霞为什么是红色?
这也可以解释为什么朝霞和晚霞是红色的. 早晚太阳高度低, 阳光需要穿过厚重的大气进入人眼. 短波的光, 譬如蓝色紫色和绿色光大多数都被路上散射掉了. 所以剩下红色光占主导成份.
是什么散射了阳光?
散射阳光的是大气, 而不是尘埃和水滴, 虽然小的尘埃, 冰晶和水滴也能产生蓝色的散射效果 (譬如岚), 称为Tyndall 现象. 较大的水滴散射的光呈现白色(譬如云). 单个(大气)分子对可见光的散射谱服从Rayleigh定律. 但是假如大气分子均匀排列成晶格, 会产生衍射效果, 而非Rayleigh散射. 而大气分子的无规则分布 (对应于大气密度无规则涨落) 使得大气对阳光的散射服从 Rayleigh 定律, 这是 Einstein 1910 年在波兰物理学家Smoluchowski工作基础上首先得到的.
为什么Rayleigh定律?
当然, Rayleigh定律仅仅是一个近似规律. 一般散射的产生, 是因为入射光的电磁场会诱导散射散射物质的电子密度分布 (电荷分布) 随时间改变, 从而产生各种辐射效果. Rayleigh定律仅适用于入射光波长远大于散射物体尺寸, 观察者远离散射物体的情况. 因为在这种情况下, 仅仅偶极辐射占主导地位. 因此, Rayleigh定律是偶极辐射的结果.
但对于由很多分子组成的宏观物质而言, 分子的分布对散射结果也有很大的影响. 因为最終散射结果, 是各个分子散射结果的叠加. 在 Smoluchowski 和 Einstein 的工作中, 散射源是大气分子组成的宏观小微观大的小球. 这些小球是由大气的密度涨落产生的. 在此基础上, Einstein 推导出直接依赖于大气宏观性质 (气压, 折射律等) 的散射定律. Einstein的方法与现代统计力学方法得到的结果是相同的. 对于其它物质凝聚态模型, 电子的分布即对入射光的响应往往不同于随机分布的偶极子. 加之, 还可能会产生磁偶极辐射. 这些都会导致Rayleigh定律失效.
最后, Rayleigh 定律还指出, 散射光是随角度不同而极化的. 使用偏振片可以检验这一点.
