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光线与颜色(一)阳光与天空光

 luna的月亮屋 2018-10-09

在没有人造光(灯光、火光、蜡烛等)和生物光(萤火虫之类)的时候,我们所见的光线,来自太阳、月亮、和星星。白天的主要光源来自太阳。


1、阳光由7种颜色混合而成


太阳是一个炽热的光球,发出由7种颜色混合而成的白光(红橙黄绿青蓝紫)。每一种颜色的光都具有不同波长,白色的阳光是由一系列不同波长的光组成,波长短的一端是蓝色,波长长的一端是红色。


还有波长更短的紫外线和波长更长的红外线,但那不是我们眼睛能看见的“可见光”。

光线与颜色(一)—阳光与天空光



好了,问两个《10万个为什么》里的经典问题:


(1)、为什么天空是蓝色的?

(2)、为什么朝阳和夕阳是红色的?


白色的太阳光并非直接来到我们眼前,它要经过地球的大气层,大气层由许多微小的东西组成,会反射阳光,通常那些小东西,反射的是阳光中波长较短的蓝光。这些小东西把蓝光向四面八方散射,所以我们会看到,头顶的天空是蓝色的,其实是大气层散射了蓝光后的颜色。

大气层就像一个巨大的柔光罩,为我们提供蓝色的天空光。除了直射的阳光,这是另一个非常重要的光源。
为什么日出日落的时,太阳本身和阳光都是橘红色的呢?


还是因为大气层。我们知道,中午的时候太阳离我们最近,所以这时热的要死。但日出日落的时候,太阳离我们最远,阳光要到达我们的眼睛,穿过的大气层要更厚,被大气散射掉的蓝光更多,结果只剩下红黄色的那部分,因此我们看到就是橘红色的。


反过来说,太阳离我们越近,光线就越白越强烈。

光线与颜色(一)—阳光与天空光

从图中可以看出,中午阳光直射的时候,穿过的大气层厚度最小;早晚斜照的时候,阳光穿过大气层的途径变长。

 

2、我们是怎么“看见”东西的?


要“看见”周围的世界,需具备三个条件:一是光,二是眼睛,三是大脑。


眼睛像一个精密的光学仪器,当感光细胞接收到光线时,视网膜上的视网膜色素就会进行化学反应,形成视觉信号。视觉信号沿着众多的视神经节传递,在交汇的地方交换信息。最后,这些信息被传递到大脑的视觉中心,由大脑阐释为“图像”。

光线与颜色(一)—阳光与天空光



3、室外光照


一块白色底板、一个白色球体,可以说明日常环境中的光照原理:

光线与颜色(一)—阳光与天空光



这是一个晴天午后的环境,图中有三个光源:主光源来自太阳,次光源来自蓝色天空,底板和球体之间的反射光提供了第三种光源。


最亮的光来自太阳,这种小光源发出的强光能投射出边缘清晰的阴影。次光源蓝天,则是一个巨大而柔和的光源,由它形成的阴影也是柔和(在强烈的太阳直射光下看不见了)。

蓝色的天空光具有很强的色彩特性,对场景中的一切都有影响。球体上没有被阳光直射的地方和球体的影子,都因为被蓝色的天空光照射而带有蓝色调。底板和球体之间的反射光,也是蓝色的(因为反射了蓝色的天空光)。
而球体底部比明暗交界线处亮,是因为它接受了底板的反射光。


图中最暗的地方,是明暗交界线除以及影子最接近球体底部的地方。这两处完全接收不到阳光,天空光和反射光也照不到那里。

 

4、进一步认识蓝色的天空光


我们从上面模型知道,在阳光直射不到的地方,光源主要来自蓝色的天空光和周围环境的反射光。其实蓝色天空光无处不在,但一双未经训练的眼睛却往往对之熟视无目睹。


光线与颜色(一)—阳光与天空光

无云的白天,地球大气散射的蓝色光线照耀着我们周围的一切。注意建筑物和窗户上的蓝色调子。

 

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光

由于蓝天的照耀,照片中的阴影呈现出浓烈的蓝色。

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光
由于波长较短的蓝色损失在大气散射中,太阳光在日落时呈现红色。但请注意,被散射的蓝光从东边的天空投射回来,在近景一片波浪上形成奇特的蓝色。


 

光线与颜色(一)—阳光与天空光

在户外,身处阴影当中很难察觉阴影的颜色,但退出阴影外观察,就能看出蓝色调。

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光

在傍晚拍摄的一只漂亮小狗,可以看到它的一侧在金黄的夕阳照耀中,另一侧却显示出蓝色天空光的照射。

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光

能看出这盆花的影子其实带着蓝色吗?


以下是著名插画家詹姆斯.格尔尼(《恐龙帝国》作者)的作品,请仔细观察其中明显的蓝色调。

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光
《米尔布鲁克图书馆》

 

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《爱尔兰克朗梅尔西门》

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《达利熟食品店》

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《尖塔》

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《金士顿图书馆》

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《马拉松油站》

光线与颜色(一)—阳光与天空光

《商业街》

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