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生活地理 | 为什么秋天的天空看上去更蓝?

 沐沐阅览室 2019-08-21


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高颜值的蓝天好像大多集中在秋天!

为什么秋天的天空看上去更蓝?


首先我们要了解

“天空为什么是蓝色的?”

这是很多充满好奇心的小朋友都会问到的一个经典问题。这个问题并不像关于宇宙的其它那些深邃庞杂的奥秘,我们有了这个问题的答案,这多亏了约翰·威廉·斯特拉特。

这位19世纪的物理学家因发现了氩元素,于1904年荣获了诺贝尔奖,但是,真正让斯特拉特名垂青史的,是因为他发现了瑞利散射规律。

他因继承了爵位,所以称为瑞利勋爵第三,而这一规律就由此命名。瑞利散射规律阐述了光如何在大气分子的散射作用下,呈现出不同的颜色。 

我们来回顾一下天空会呈现蓝色的基本原理:太阳光是由多种颜色组成的,不同颜色的光,波长也各不相同。比如,红色光波长最长,而在光谱的另一端,紫色光和蓝色光的波长最短。太阳光线穿过地球大气层,遇到一层很厚的大气分子和灰尘颗粒。这些微粒的大小与波长较短的光接近,所以更易散射蓝色和紫色的光。最后就有了我们看到的蔚蓝的天空。 


天空也并不是全天都是蓝色的。在日出和日落时,天空所呈现出来的颜色是红色的。这是因为当阳光穿过大气层时,紫光通过散射逐渐衰减,透射后剩下的光中颜色偏于波长较长的红光,红光通过散射后依然是以波长较长的光居多,因此这个时候看到的天空是红色的。


日落后,天黑前,天空的颜色也不是蓝色,而是呈现出深蓝色。这是因为在距离地面20~50km的大气中,有一个被称之为臭氧层的层面,它能大量吸收太阳光中波长较短的紫光,而波长较短的蓝光却无法得到阻拦。因此,这个时间段的天空会呈现出深蓝色。

“为什么看不到紫而看到的是蓝色?”


我们先来了解为什么我们眼睛能看到颜色呢?当阳光普照大地的时候,一部分光线被吸收并转换成热能。而另一部分光线被物体反射则进入了我们的眼睛。这样便带来了光明和色彩。总之,物体本身没有颜色,什么颜色的光进入了你的眼睛,你就看到了什么颜色的物体。
人的眼睛非常奇怪,不是所有的光都能看到。肉眼可以看见的光我们称为可见光。人眼可见的太阳光,看起来是白色的,其实呢,是由七种颜色组成,即:赤橙黄绿青蓝紫。

这七种光线的波长是不同的,红光最长,蓝紫光最短。
当太阳升起以后,大阳光要普照大地了。但是太阳光在到达你面前之前,要穿过包裹在地球外面的一层厚厚的大气。
你看到天空是蓝色的,主要的原因就是这层大气在出幺蛾子。这层大气看起来透明,啥也木有,但是其中有很多小心机,大气中有百分之九十都是氮气和氧气分子,还有一些小的水汽,尘埃颗粒等等,这些小东西就成为太阳光通过大气层的绊脚石。但是这些绊脚石呢,贱贱的。它并不为难所有的光,只为难一部分光。俗话说,柿子捡软的捏。这赤橙黄绿青蓝紫中,谁是软柿子呢?   波长短的是软柿子呗。红光因为波长较长,非常strong,“嗖”的一下就越过了这些绊脚石,直接到达地面,跟着,橙、黄、绿光也闯了过去。这几个“先锋光”在传播过程中不怎么改变方向,所以,你只有对着红光看时,红光才能进入你的眼睛。而蓝光和紫光和蓝光却遇到了麻烦,被“截住了”,被绊脚石截住的蓝光紫光会面临什么呢?会被一顿“胖揍”。这些小分子把蓝光紫光抛来抛去。
也就是说,蓝光和紫光每遇到一个小分子就会改变传播方向,遇到下一个再次改变传播方向。这种现象是英国物理学家瑞利发现的,因此也叫做瑞利散射,瑞利凭此还拿到了诺贝尔奖。蓝紫光被大气层里的浮尘、水滴推来搡去,反射来反射去,低空大气中到处都是蓝紫光,所以就把大气层 '染'成蓝色了。而我们人的眼睛结构对蓝光要比对紫光敏感,所以,当你抬起头望向天空,大概率是蓝光进入你的视线,所以天空就是蓝色的了。简单的说,你把晴朗天气下大气看做一个过滤网,留住了蓝光,放走了其他颜色的光。

“为什么越到深秋越显湛蓝?”

太阳在天空的位置变低

随着白天逐渐变短,太阳在天空的轨迹逐渐下沉到地平线。这增加了更多散射出来的在地表肉眼可见的蓝光数量。 

湿度越小,云雾越少

夏日炎炎,不断创下温度新高,而秋日送爽,终于带来丝丝凉意。而且,不仅温度降低了,湿度也减少了。由于空气中水蒸汽减少,云层也不容易形成,雾气也不再笼罩在城市中心了。于是就有了我们头顶的万里晴空。

秋天树叶的暖色与天空的蓝色为互补色 

你如果在美术课也制作过色环的话,就会知道蓝色与橙色为互补色。由于它们在色环上处于“对立”的位置,所以秋天,在金色、橙色和红色的树叶映衬下,本就已很蓝的天空,其澄澈之美则更为凸显。

最后顺便安利一下为何雾霾天时天空是灰白色? 
啥是雾霾,空气中有很多PM2.5颗粒,再加上一定的空气湿度,整个城市上空看起来雾蒙蒙的,灰的发白,让人分分钟分不清楚是在天上还是人间。雾霾天与晴朗天空的大气层不同,太阳光穿过大气时的绊脚石就不是氧气、氮气等小分子了,这个绊脚石是巨大的。PM2.5的颗粒大小在2.5微米左右,如果湿度大,包裹水汽的颗粒就更大,而可见光的波长范围在0.4至0.7微米之间,小于PM2.5的颗粒。此时不再发生瑞利散射,而是发生粗粒散射。粗粒散射没有选择性,各种波长的可见光都会发生散射,太阳光中的赤橙黄绿青蓝紫光都会发生散射。所以此时天空就会呈现白色。
所以天气晴朗时,大气中的其他颗粒少,氧气水汽分子比较小,会发生瑞利散射,留住蓝光。而雾霾或者阴天,大气中颗粒大,七色光都散射,于是就呈现白色。

资料综合自  中国气象数据网、素虎是老师

地理蹊整理

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