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为什么天空是蓝色的

2023-08-04 22:14:34 高考在线

　　【为什么天空是蓝色的】

　　天空是蓝色的原因

　　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，阳光是由所有不同颜色的光组成的……我们的太阳的光球层非常热，接近6000K，它发出一种广谱的光从能量的紫外线到可见的，从紫色到红色，然后深入到光谱的红外部分。

　　的能量光也是短波波长(和高频)光，而较低能量的光有较长波长(和低频率)而不是高能的。当你看到一个棱镜将太阳光分解成它的各个组成部分时，光产生分裂的原因是由于红光的波长比蓝色光长。

　　在我们的日常生活中不同波长的光反应不同与物质的反应是极其重要和有用的。微波炉上的大洞允许短波长的可见光出入，但要保持较长波长的微波光反射它。太阳镜上的薄涂层反射紫外线、紫色和蓝光，但允许长波长的绿色、黄色、橙色和红色穿过。

　　这些微小不可见的粒子组成了我们的大气层——像氮、氧、水、二氧化碳和氩原子一样的分子，它们都散射所有波长的光，但更有效地散射短波波长的光。

　　因为这些分子比光本身的波长要小得多，所以光波长越短，它散射的越好。事实上它在数量上遵循一种叫做瑞利散射的定律，它告诉我们在人类视觉的短波波长范围内的紫光，比在长波长范围内的红光多出9倍多。(波长的散射强度成反比的四次方:我∝λ-4)。

　　当阳光照射在地球大气层的每一个角落的时候，光的红光波长只会有11%的散射，所以在你的眼睛里就像紫色的光一样。

　　当太阳在天空高时这就是为什么整个天空是蓝色的。它在离太阳较远的地方看起来更亮，因为在这些方向上有更多的大气层(因此更多的蓝光)。在任何方向上，你都能看到从阳光中发出的散射光，照亮了你眼睛和外太空之间的整个大气层。这对天空的颜色有一些有趣的影响，这取决于太阳的位置和你在看的地方。

　　如果太阳在地平线以下光就必须穿过大量的大气层。蓝色的光分散在各个方向，而红光则不太可能散射，这意味着它会到达你的眼睛。如果你在日落或日出之前乘飞机，你就能看到这种效果的壮观景象。

　　从太空描述和宇航员返回的图像来看，这是一个更好的视角。

　　在日出/日落或月升/月日落时，来自太阳(或月亮)的光必须经过大量的大气层，离地平线越近，光线穿过的大气层就越多。当蓝光散射到各个方向时，红光散射的效率要低得多。这意味着两个光从太阳或月亮的磁盘本身变成了红色的颜色,但也从附近的太阳和月亮的光线——撞到大气和散射的光到达我们的眼睛——之前只有一次优先发红了。

　　在日全食时当月亮的影子落在你身上，遮挡阳光直射到你周围的大片区域时，地平线就会变成红色，而不是别的地方。在全食的路径上，光线照射在所有的方向上，这就是为什么在大多数地方，天空仍然是蓝色的。但在视界附近，那些分散在各个方向的光很可能在到达你的眼睛之前再次散射。红光是最可能穿过的光的波长，最终超过了更有效的散射蓝光。

　　所以尽管如此，你可能还有一个问题:如果波长较短的光线更有效地散射，为什么天空不会呈现紫色?事实上，有更多的紫光来自于大气而不是蓝色的'光，但也有其他颜色的混合。因为你的眼睛有三种类型的视锥(用于检测颜色)，以及单色杆，这是所有四种需要在分配颜色时被你的大脑解释的信号。

　　每一种锥体，加上杆对不同波长的光都很敏感，但它们都在一定程度上受到天空的刺激。我们的眼睛对蓝色、青色和绿色波长的反应比对紫罗兰更强烈。即使有更多的紫光，也不足以克服我们大脑传递的强烈的蓝色信号。

　　这是三个因素的结合：

　　1、阳光是由许多不同波长的光组成的.

　　2、大气中的粒子非常小，分散的短波波长的光比长波波长的光更有效.

　　3、我们的眼睛对各种颜色都有反应.

　　这使得天空对人类来说是蓝色的。如果我们能非常有效地看到紫外线，天空就会出现更多的紫色和紫外线;如果我们只有两种类型的视锥(像狗)，我们可以看到白天的蓝天，而不是红色、橙色和日落的黄色。但别被愚弄了：当你从太空看地球时它也是蓝色的，但大气层与它无关!

　　【天空组成物质】

　　要了解天空的组成必须提到大气层，地球是被大气层层层包裹起来的，所以也是我们所认识天空的另一种叫法。

　　大气层(atmosphere)，地质学专业术语，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78.1%;氧气占20.9%;氩气占0.93%;还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气)和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。

　　对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在，还存在大部分的固体杂质。这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃;动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内，因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在-55℃左右，温度基本不变，在30千米至50千米内温度随高度增加而略微升高。平流层以上是中间层，大约距地球表面50至85千米，这里的空气已经很稀薄，突出的特征是气温随高度增加而迅速降低，空气的垂直对流强烈。中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米，最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。

　　大气层又称大气圈，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气圈没有确切的上界，在离地表2000~16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子，在地下，土壤和某些岩石中也会有少量气体，它们也可认为是大气圈的一个组成部分，地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体，这些混合气体被称为空气，地球大气圈气体的总质量约为5.136×10^21克，相当于地球总质量的0.86%，由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内，根据大气温度垂直分布和运动特征，在对流层之上还可分为平流层、中气层、增温层等。大气层保护地表避免太阳辐射直接照射，尤其是紫外线;也可以减少一天当中极端温差的出现。

　　除此之外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离层由带电荷的正离子和负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。

　　在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一。大气体积成分：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽、尘埃、气溶胶及大粒度悬浮颗粒。由于地磁场的保护作用，使得大气层在太阳风及宇宙高能射线流的刮蚀作用下得以保存。

　　自然状态下，大气是由混合气体、水汽和杂质组成。除去水汽和杂质的空气称为干洁空气。干洁空气的主要成分为78.09%的氮，20.94%的氧，0.93%的氩。这三种气体占总量的99.96%，其它各项气体含量计不到0.1%，这些微量气体包括氖、氦、氪、氙等稀有气体。在近地层大气中上述气体的含量几乎可认为是不变化的，称为恒定组分。

　　在干洁空气中，易变的成分是二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等，这些气体受地区、季节、气象以及人类生活和生产活动的影响。正常情况下，二氧化碳含量在20km以上明显减少。

　　大气中组分是不稳定的，无论是自然灾害，还是人为影响，会使大气中出现新的物质，或某种成分的含量过多地超出了自然状态下的平均值，或某种成分含量减少，都会影响生物的正常发育和生长，给人类造成危害，这是环境保护工作者应研究的主要对象。