空天为什么是蓝色的
作者:文/雨轩
文/雨轩
有时候，有些看似简单的问题却往往最难以回答，譬如：天空为什么是蓝色的。在网络时代，你只需要上网“百度一下”，就会得到很多搜索结果。这些搜索结果大多数都似乎说得一样，但细究起来，又都很难讲得清楚。
英国著名科学家牛顿用三棱镜将白光分解为七种颜色的光。
英国著名科学家艾萨克•牛顿
要知道“天空为什么是蓝色的”答案之前，我们先了解一下我们每天都会见到的太阳光。又出来一个问题，太阳光是什么颜色？嗯，似乎是白色。又有同学说，那暴雨之后我们能看到彩虹 ，那是不是可以说太阳光是彩色的？关于太阳光的颜色，古代人也进行了很多的猜测，直到1666年，英国著名科学家牛顿率先用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带，依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。进一步的科学研究发现，光是一种波，白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的，各种颜色的光有不同的波长。其中，红光的波长最长，紫光的波长最短，从红光到紫光波长逐渐变短。
在可见光的光谱中，从红光到蓝光，波长逐渐变短，能量逐渐升高。
那么，从太阳发出的白光在穿过大气层的时候，一定是发生了什么变化，才让天空看上去是蓝色的。
一百多年前的科学家也认真地考虑了这个问题，并且做了一些实验来验证他们提出的理论。在1869年，英国物理学家约翰•丁达尔提出，空气中的灰尘和其他物质可能让光发生了散射，而其中蓝色光被散射得最厉害。为了证明自己的观点，丁达尔做了实验。他在实验中制造了一些烟雾，然后让一束白光从中穿过。通过实验观察，丁达尔发现烟雾呈现出了深蓝色。由此，丁达尔说，如果天空中充满了完全纯净不含杂质的空气，那么太阳光穿过时将不会发生散射，纯净的空气会让天空看上去也是纯白色的。
丁达尔想用空气中杂质散射效应来解释天为什么是蓝的，后来证明这种理论是错误的。
比丁达尔年龄小一些的同时代科学家瑞利最初也同意这一观点，但很快他就改变了看法。在1899年，瑞利公布了自己的论点：让天空看起来呈现蓝色的是空气本身，而并不是空气中的灰尘或者烟雾。
环绕在地球周围的大气是由氮气、氧气、氩气以及其他气体，再加上水蒸气和冰状晶体组成的，当然其中也包括灰尘、化学污染物和臭氧层。大气层中这些气体分子之间会有一些空隙，当太阳光通过这些空隙到达地面时，会保持最初的形态，也就是白光。但如果阳光直接穿过了气体分子，比如氧气，光的能量就会被吸收，从而被分解成不同的形式。
朝霞和晚霞的颜色
当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方。此时，太阳光在大气中要走相对很长的路程到达我们的眼中，我们所看到的阳光中波长较短的蓝紫光大部分都被散射了，只剩下红色和橙色的光，这就是为什么日出和日落时太阳附近呈现红色。日出和日落时，太阳附近的云也因为反射太阳光而呈现红色，但云后面的天空仍然是蓝色的。
空气里气体分子中的原子在吸收光能被激活后，能发出各种波长的可见光，从红色到紫色，它们会向分子周围散射。有些光会直接到达地面，有些则散射在空中，还有一部分则返回太阳上。虽然白光被空气中的气体分子散射成七种颜色的光，但由于波长较短的蓝紫光比波长较长的红光散射更明显，而短波中又以蓝光能量最大，所以在雨过天晴或秋高气爽时，在大气分子的强烈散射作用下，蓝色光被散射至弥漫天空，天空即呈现蔚蓝色。其实天空并不是纯净的蓝色，因为同时还有其他颜色的光线也进入了我们的视线。但是由于它们非常黯淡，完全被很亮、很强的蓝光给遮掩了。
另外，由于环绕地球的大气层的密度随高度急剧降低，大气分子的散射效应相应减弱，天空的颜色也随高度发生改变。在距地面8千米的地方，天空由蔚蓝色变为青色；在11千米处，天空变为暗青色；在13千米处，天空变为暗紫色；在21千米处，天空变为黑紫色；再往上，由于空气非常稀薄，大气分子的散射效应极其微弱，天空便为黑暗所湮没。在没有空气的星球上，如月球，天空即便是在白天也是黑色的。