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[【天空为什么是蓝色的】百度作业帮]天空为什么蓝

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天空为什么是蓝色

天空为什么是蓝的？原因并不像常见的答案里说的那样，是由于

“大气中的尘埃以及其他微粒散射蓝光的能力大于散射其他波长较长

的光子的能力”。

与可见光的波长（约400纳米~700纳米）相比，空气中的尘埃

和小水珠之类的微粒，可以称得上是庞然大物。就以最近比较让人气

短的PM2.5来说，指的就是空气中悬浮着的尺度小于等于2.5微米的

颗粒物造成的污染。2.5微米就等于2500纳米，远远大于阳光中可见

光的波长，因此当阳光遇到这些颗粒物的时候，它们会向不同的方向

反射。但是，这样的反射对于不同波长（或者说不同颜色）的光来说，

效果都是相同的。换句话说，尘埃之类的颗粒物反射出来的，仍然是

包含所有颜色的白光。不信吗？等PM2.5之类的空气污染指数再次

爆表时，抬头看看天空是什么颜色就知道了——应该说，你看不到天

空，只能看到白茫茫的一片才对……

那么，天为什么是蓝的呢？其实，空气中确实存在大量尺度比可

见光波长更小的微粒，就是空气中的多种气体分子，比如氧气和氮气

分子的“直径”都是0.3纳米左右。遇到这些气体分子的时候，有些光

子就会被吸收。一段时间之后，分子又会释放出另一个光子。放出的

光子跟吸收的光子颜色相同，但是方向变了。虽然所有颜色的光子都

会被吸收，但频率较高（即颜色较蓝）的光子比频率较低（颜色较红）

的光子更容易被吸收。这个过程被称为瑞利散射，是以19世纪70年

代最先描述这一过程的英国物理学家约翰·瑞利爵士的名字命名的。

那么，蓝色光更容易与空气分子发生瑞利散射，又怎么会产生蓝

天呢？先做个简单的假设，如果不存在任何空气，天会是什么颜色？

虽然我们大多数人都没有上过太空，但从阿波罗登月的纪录片中可以

看到，月亮上哪怕太阳当空照，天空仍然是黑色的。原因嘛，看看下

图就知道了：

由于空气中存在瑞利散射，情况就完全不同了，阳光在大气中传

播的途中，偏蓝色的光更容易发生瑞利散射而被偏折到了与阳光原来

传播的方向不同的方向上。于是，我们就算不直对着太阳看，而是朝

天空中的其他方向上看，也总有被空气分子散射的光子（更多的是蓝

光）射入我们的眼睛，于是就看到了蓝天。就如下图所示。

事实上，方老校长专门就这个话题写过一篇长文，讲得比我这里

详细准确得多，有兴趣的话，推荐一读：“天为什么是蓝色的”一百年

“天空为什么是蓝色？”正确的物理解释完成于1910年，迄今整

一百年。“天蓝”物理学的一个重要应用，是光纤通讯，即高锟先生去

年获得物理诺贝尔奖的项目。

“天蓝”物理学似乎很普及。凡是看过“十万个为什么”的初中生，

都能说出它的“标准答案”：

“空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过

空气时，波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微

粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色。”

中文世界中，大小权威的教育和科学网站，大多仍采用上述“标准

答案”，几乎一字不差。

这个“天蓝”解释，基本上是十九世纪中叶的水平。它是英国物理

学家丁铎尔（JohnTyndall，1820－1893）首创的。常称作丁铎尔散射

模型。确实，“波长较短的蓝色光，容易被悬浮在空气中的微粒阻

挡，……散射向四方”。但它并不是“天蓝”的真正原因。如果天蓝主要

是由水滴冰晶等微粒的散射引起的，那末，天空的颜色和深浅，就应

随着空气湿度的变化而变化。因为当湿度变化时，空气中水滴冰晶的

数目会明显变化。潮湿地区和沙漠地区的湿度差别很大，但天空是一

样的蓝。丁铎尔散射模型解释不了。到十九世纪末叶，丁的天蓝解释

已被质疑。

1880年代，瑞利（JohnRayleigh，1842－1919）注意到，根本不

必求助尘埃、水滴、冰晶等空气中的微粒，空气本身的氧和氮等分子

对阳光就有散射，而且也是蓝色光容易被散射。所以，空气分子的散

射就可以作为“天蓝”的主因。

然而，各个分子有散射，不等于空气整有蓝色。如果纯净的空气

是极均匀的，分子再多也没有“天蓝”。就像一块极平的镜子，只有折

射或反射，而极少散射。在均匀一致的环境中，不同分子的散射相互

抵消了。天空为什么是蓝色就如在一个集体纪律超强的环境（如监狱）

中，每个人的独立和散漫行为被彻底压缩。而“天蓝”靠的就是分子各

自的独立和相互不干涉，或少干涉。