我們看到的天空唱逢，經(jīng)常是蔚藍(lán)色的（當(dāng)然吴侦，不考慮霧霾時(shí)），特別是一場(chǎng)大雨之后坞古，天空更是幽藍(lán)得猶如一泓秋水备韧，令人心曠神怡。那么天空為什么是藍(lán)色的呢痪枫？
首先讓我們從下面幾個(gè)光學(xué)現(xiàn)象說起织堂。
【光的色散：復(fù)色光分解為單色光而形成光譜的現(xiàn)象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來實(shí)現(xiàn)奶陈。復(fù)色光進(jìn)入棱鏡后易阳，由于它對(duì)各種頻率的光具有不同折射率，各種色光的傳播方向有不同程度的偏折吃粒，因而在離開棱鏡時(shí)就各自分散潦俺，形成光譜⌒觳】
陽光看起來是白色的事示，但其實(shí)自然光由赤橙黃綠青藍(lán)紫七種顏色的光組成。早在1666年牛頓利用三棱鏡實(shí)驗(yàn)便證實(shí)了這一點(diǎn)疏旨。
太陽光到達(dá)我們的眼睛里很魂，就必須經(jīng)過大氣層。根據(jù)大氣垂直溫度的變化檐涝，我們把大氣層分為：熱層遏匆、中間層、平流層和對(duì)流層四層谁榜。
【大氣層：由于熱層上部大氣多為質(zhì)子組成幅聘，為大氣圈向外層空間的過渡地帶，稱為外層也叫散逸層窃植；距離地面10~50千米左右的氣層稱為平流層帝蒿，平流層內(nèi)的空氣比對(duì)流層要稀薄很多，很少會(huì)出現(xiàn)天氣現(xiàn)象巷怜，平流層中在15~35千米的范圍內(nèi)葛超，有厚約20千米的臭氧層暴氏；對(duì)流層是最靠近地面的，大氣中主要的天氣現(xiàn)象（如云绣张、霧答渔、雨、雪侥涵、雹等）都形成在此層內(nèi)沼撕，這一層富集了如N2、O2芜飘、Ar等氣體务豺，還有各種人為排放的顆粒物∴旅鳎】
當(dāng)自然光在前進(jìn)的路線上碰到大氣層中這些障礙物笼沥，傳播方向就會(huì)發(fā)生改變，發(fā)生散射現(xiàn)象招狸。
【光的散射：光通過不均與介質(zhì)時(shí)一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象敬拓。我們知道，光無論是在空氣裙戏、水或是其他介質(zhì)中乘凸，總是沿著直線傳播。一旦遇到一個(gè)小的顆粒累榜，就有一部分光線偏離原來的方向向四面八方傳播营勤。這就是光的散射現(xiàn)象∫挤＃】
正常天氣狀況下葛作，大氣層中的顆粒物質(zhì)尺寸遠(yuǎn)小于可見波波長(zhǎng)，光線碰到這些小顆粒時(shí)發(fā)生的散射稱為瑞利散射猖凛。
【瑞利散射 ：氣體對(duì)不同顏色光的散射強(qiáng)度與光的波長(zhǎng)的4次方成反比（強(qiáng)度~λ-4）赂蠢，這種現(xiàn)象是在19世紀(jì)，由英國(guó)科學(xué)家瑞利發(fā)現(xiàn)的辨泳，所以被稱為瑞利散射虱岂。】
由瑞利散射與波長(zhǎng)的關(guān)系可以看出菠红，波長(zhǎng)越短瑞麗散射的強(qiáng)度越大第岖，因此波長(zhǎng)較短的藍(lán)光（波長(zhǎng)約為450納米）會(huì)比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光（波長(zhǎng)約為600納米）散射更強(qiáng)。經(jīng)過大氣層中無數(shù)顆粒的多次散射后试溯，短波波段的藍(lán)色光線相比其它波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光線變得更強(qiáng)蔑滓，所以我們就看到了蔚藍(lán)的天空。
【你問我答】
Q：既然波長(zhǎng)越短散射越強(qiáng)，為什么天空是藍(lán)色而不是紫色键袱？
A：上文提到平流層有一層臭氧燎窘，臭氧對(duì)太陽輻射的紫外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此能夠到達(dá)地面的紫光很少杠纵，再加上我們的眼睛對(duì)紫色不如藍(lán)色那樣敏感荠耽，所以雖然紫光比藍(lán)光波長(zhǎng)更短，但我們看到的天空不是紫色而是藍(lán)色的比藻。
Q：為什么有時(shí)天空不是藍(lán)色而是白茫茫的？
A：在大氣污染的情況下倘屹，比如出現(xiàn)霧和霾時(shí)（霧和霾是兩個(gè)完全不同的概念）银亲，天空總是能見度不佳呈現(xiàn)白色。上文講到過光線遇到較小的氣體分子時(shí)發(fā)生的散射叫做瑞利散射纽匙，當(dāng)光線碰到粒徑大小接近于或大于光線波長(zhǎng)的粒子時(shí)务蝠，發(fā)生的散射叫米氏散射（或米散射）。與瑞利散射不同的是烛缔，米氏散射的強(qiáng)度幾乎與波長(zhǎng)無關(guān)馏段，而且光子散射后的性質(zhì)也不會(huì)改變，因此經(jīng)米氏散射后的光線呈現(xiàn)白色或灰色践瓷。在霧天或霾天時(shí)院喜，空氣中懸浮著大量的水滴、煙晕翠、塵等顆粒喷舀，光線透過時(shí)主要是米氏散射，因此我們看到的總是白茫茫甚至是灰色的一片淋肾。
Q：為什么太陽看起來不是藍(lán)色硫麻？為什么朝陽和夕陽是橙紅色？
A：白天樊卓，太陽在我們的頭頂拿愧，當(dāng)日光經(jīng)過大氣層時(shí)，與空氣分子發(fā)生瑞利散射碌尔，因?yàn)樗{(lán)光的瑞利散射比較強(qiáng)浇辜，所以天空呈現(xiàn)藍(lán)色。但是太陽本身及其附近卻呈現(xiàn)白色或黃色七扰，這是因?yàn)樵谔柵c太陽周圍范圍內(nèi)我們看到的光線大多是直射光而不是散射光奢赂，所以日光的顏色（白色）基本未發(fā)生改變。而當(dāng)日落或日出時(shí)颈走，太陽幾乎在我們視線的正前方膳灶，此時(shí)太陽光在大氣中要走相對(duì)長(zhǎng)的路程，這時(shí)直射光中的藍(lán)光大多都被散射了，只剩下紅橙色的光轧钓，這就是為什么日落時(shí)太陽附近呈現(xiàn)紅色序厉。而此時(shí)的云也因?yàn)榉瓷涮柟舛尸F(xiàn)紅色，這就和用紅色的光照在白紙上的道理一樣毕箍。
Q：為什么云是白色的呢弛房？
A：空中的云是由小水滴和空氣中的粉塵組成的，它們的直徑比可見光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)而柑，所以當(dāng)陽光穿過云時(shí)主要發(fā)生的是米氏散射文捶，另外有一部分陽光被反射到空中，還有一部分直接穿透水滴之間的縫隙媒咳。上述3種情況對(duì)陽光的成分都沒有影響粹排，所以通常情況下云是白色的。
Q：為什么雨前的云又灰又暗涩澡？
A：當(dāng)云層發(fā)展得越來越厚時(shí)顽耳，更多的陽光會(huì)被反射，只有越來越少的陽光可以穿透它妙同。由于較少陽光到達(dá)云底射富，云底的散射亦較少，所以云底呈灰色粥帚。此外胰耗，如果在云底附近的水滴越來越大（如水滴重量足夠造成降雨的前一刻），它們會(huì)變成較弱的散射體和較強(qiáng)的吸收體茎辐。因此宪郊，大部分陽光經(jīng)過反射或吸收后才能達(dá)到帶雨厚云的云底。從云底到達(dá)地面的光大為減少拖陆，所以在下雨前云看起來是又灰又暗的弛槐。
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