太阳光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光组成的。这七种光中青、蓝、紫波长较短,容易被空气分子和尘埃散射。
根据记载,早在两千多年前,古希腊就有人系统对此进行过研究。由于科学手段的落后,那是对天蓝问题的研究还停留在纯思辨的阶段。近代对天蓝问题的研究始于19世纪初,最早是由丁达尔给出了解释。丁达尔认为,由于空气中存在尘埃、颗粒、水蒸气等细小微粒,这些微粒会对光线进行散射,而散射波长正好集中于光谱的蓝色区域,因此天空呈现出蓝色。这个解释持续了几十年之久,是当时的主流解释。顺便说一句,目前国内很多科普书上甚至还采用的这一解释。
然而,丁达尔的解释有一个无法解释的现象,就是不同地理环境下,天空呈现出基本一致的蓝色,比如沿海地区和沙漠地区,两者在空气湿度,尘埃微粒分布等等方面的大气条件存在重大差异,但天空的蓝色却并没有什么差别。此外,我们现在经常会遇到沙尘天气或雾霾天气,天空也并没有因此散射出蓝色。因此,丁达尔的解释是存在问题的。随着科技手段的进步,人们认识到尘埃、颗粒、水蒸气等尺寸是远大于光波波长的,事实上并不存在微粒对光线的散射,因此丁达尔的解释渐渐被抛弃了。.
那么天空到底为什么是蓝色的呢?此时的科学家瑞利认为,既然微粒无法散射光线,那一定是气体分子对光波进行了散射。于是他提出了气体散射论。通过精心计算,他发现主要是空气中的氢气分子和氧气分子对光线进行了散射。理论值和实验观测吻合得非常好。于是,瑞利的解释逐步成为主流。但是,瑞利在解释中引入了一个不得不加入的假设,就是空气是理想气体。这是一个危险的行为,所谓理想气体只是一种理论抽象,现实中并不存在。因此瑞利的解释存在着理论上的天然弱点。对瑞利解释的争议始终没有停止。
爱因斯坦另辟蹊径,他抛开了传统就光学研究光学的路子,而是从更高的层面,由热力学第二定律,根据熵增原理对天蓝问题给出解释。这正是爱因斯坦天才的地方。我们知道,熵增是宇宙的一条基本定律,制约着宇宙进化的方向。具体而言,宇宙万物都是趋于混沌的。但爱因斯坦天才地发现,这种趋向宏观上表现为一种概率,也就是说,各种事物总体上是趋向混沌的,但仍有固定的概率实现熵的“涨落”,也就是按一定概率在特定阶段趋向有序。有序和无序的分布呈现一定的概率规律。爱因斯坦通过精心计算,发现,空气的这种涨落,正好符合散射出蓝光的要求。通过光学和热力学的结合,爱因斯坦抛弃了理想气体的假设,通过熵的原理给出了天蓝的解释。目前这个解释是科学届公认的合理解释。
天空呈现蓝色是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射的结果。
事实上天空之所以是蓝色的原因是因为三个简单的因素组合在一起:阳光是由许多不同波长的光组成的,地球的大气层是由分散不同波长光的分子组成的,它们的大小不同,我们的眼睛也很敏感,把这三件事放在一起,就能解释这个问题。
太阳光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光组成的。这七种光中青、蓝、紫波长较短,容易被空气分子和尘埃散射。大气分子及大气中的尘埃对波长较短的蓝光的散射能力大大高于对其它波长较长的光子。
与此同时,青、蓝、紫光因波光短,当它们遇到大气分子、冰晶等,容易发生散射。被散射的这三种光布满天空,而眼睛原本对紫色就不敏感,加上紫色光在散射的同时也被大量吸收,这时,眼睛里视锥细胞中含有的蓝敏色素起到了重要的作用,于是,眼睛所看到的天空便是蓝色的。
因为地球三分之二的面积是海洋,由于光的反射作用,所以天空是蓝色的
首先了解光的工作原理,光从太阳传播时,像海浪一样上下移动,波长聚集在一起时,我们看起来好像是白色。