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空气本身的氧和氮等分子对阳光就有散射,而蓝色光容易被散射,空气分子的散射就可以作为“天蓝”的主因。1910年爱因斯坦科学解释了蓝天的原因,即空气自身的密度涨落等对阳光的散射形成了蓝天。

科学家说:地球外面有一层厚厚的大气层,当晴空的阳光从地球外射进来,阳光中的长波如红橙黄绿光大部分会穿透进来到达地面上,而阳光中的短波如青蓝紫光会空气分子干扰造成大量散射。蓝光亮度较高,散射后分布于大半个天空,这就形成了天是蓝色的这种现象。

原因很简单,大气对太阳光的散射作用,使我们看到的天空呈现蓝色。地球表面被大气包围,当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成,以红光波长最长,紫光波长最短。波长比较长的红光等色光透射性最大,能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射。在短波波段中蓝光能量最大,散射出来的光波也最多,因此我们看到的天空呈现出蔚蓝色。其实,天空一直是蓝色的。在高原上几乎天天都可以看到蔚蓝色的天空。春天风沙弥漫,夏天满天云彩,冬天烟雾层层,妨碍我们经常看到蓝天,只有秋天空气净洁,使我们看到蓝天的机会特别多。在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中,大气层中的空气分子或其它质点(如水滴、悬浮微粒或空气污染物)会对日射产生吸收、散射、反射、透射等作用,而形成了蓝天、白云或绚丽的夕阳余晖。在没有大气层的星球上,即使是白昼,天空也将是漆黑一片。我们所见的蓝天乃是因为空气分子对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射量与质点的大小有极大关系,当质点的直径小于可见光波长时,散射量和波长的四次方成反比,不同波长的光被散射的比例是不同的,此亦称为选择性散射。以入射太阳光谱中的蓝光(波长=0.425μm)和红光(波长=0.650μm)相比较,当日光穿过大气层时,被空气质点散射的蓝光约比红光多五倍半,因此晴天天空是蔚蓝的。但当空中有雾或薄云存在时,因为水滴质点的直径比可见光波长大,选择性散射的效应不再存在,此时所有波长的光将一视同仁地散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。至晴天空中的白云,云内的云滴直径更大,日光照射到它们时已非散射而是反射现象,所以看起来更显得白而光亮。


为什么天是蓝色
这是大气分子和大气中的尘埃对太阳光进行散射的结果。
太阳光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光组成的,在这七种光中,青、蓝、紫的波长较短,容易被大气分子和尘埃散射。被散射的这三种光布满天空时,眼睛本身对紫色并不敏感,再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含有的蓝敏色素起到了重要的作用,于是,我们眼睛所看到的天空便是蓝色的。

因为太阳光线射人大气层后,遇到大气分子和悬浮在大气中的微粒发生散射的结果。波长较短的紫、蓝、青色光波最容易被散射,而波长较长的红、橙、黄色光的透射能力较强,它们能穿过大气分子和微粒,保持原来的方向前进,很少被空气分子散射。对下层空气分子来讲,主要是蓝色光被散射出来,因而天空呈蔚蓝色。

为什么天是蓝的
天空为什么是蓝色的?并不是所有人都能说出原因。事实上,我们所观赏的这一美丽景象是天空中的大气分子、水滴、其他微粒和阳光共同作用的结果。
一、空气和太阳光
为了解释这种物理现象,首先简单了解一些空气和太阳光的知识。空气是在地球外面包裹着的一层“防弹衣”,保护着地球上生物不受紫外线的照射。空气并不是空的,是由很多的微粒组成。其中99%是氮气和氧气,其余则是别的气体(如二氧化碳、惰性气体等)、小水滴和来源于工厂的粉尘、风中的扬沙、火山爆发的岩灰等漂浮微粒。但是空气的成分并不是固定的,这依赖于所在的位置、天气和其他的不固定因素(如森林、海洋以及火山爆发和污染的严重与否)。
光是能量以电磁波传播的一种方式,在真空中的传播速度为每秒30万千米。光和其他波(比如声波)不同的是具有波粒二象性。这是因为光是由一种无质量的粒子——光子组成,所以光不但具有波的特性,还有粒子的特性。光传递能量的大小与光的频率成正比,而光的频率正好决定其颜色。但我们的眼睛只能看到其中特定频率范围内的光,称之为可见光,频率过高(紫外线)和过低(红外线),我们都看不见。
对于太阳光,牛顿首先用三棱镜发现其中包含着赤、橙、黄、绿、蓝、靛和紫7种颜色。可以用一个小实验(如图1所示)即可观察到“七彩阳光”。取装入水的玻璃缸放在房子中阳光入射的地方,然后在水中放一面小镜子,用一张白纸接收从盆中小镜子反射的光,根据光的折射原理,即可从白纸上看到一个漂亮的人造彩虹。在7种不同的光中,红光波长最长(频率最低),紫光波长最短(频率最高)。我们肉眼所看到的是它们的混合结果。

二、天空为什么是蓝色的
除非有外界干扰,光都是以直线传播的。当光在空气中传播时,不可避免要遇到空气中的气体分子和其他微粒。这些微粒对光有吸收、反射和散射等物理作用,正是这些物理作用使得晴日里天空成为蔚蓝色。
正确解释天空为什么是蓝色始于1859年。科学家泰多尔首先发现蓝光要比红光散射强得多,这就是“泰多尔效应”。几年之后,科学家瑞利更详细地研究了这种现象,他发现散射强度与波长的4次方成反比。后来,更多科学家称这种现象为“瑞利散射”。瑞利散射很容易通过下面一个小实验来验证(如图2所示):用一个盛满水的水杯,然后往水杯中滴入几滴牛奶,用手电筒做光源,从水杯的一侧照射,从水杯的另一侧看到的是红光,而从垂直于光线的方向看到的却是蓝色(在黑暗处效果更明显)。
当时,泰多尔和瑞利都认为天空的蓝色是由于空气中有小的粉尘微粒和小水滴所致,这些小的粉尘微粒和小水滴就类似于水中的牛奶悬浮颗粒。即便今天,也有许多人这样认为。事实上并非如此,如果天空完全是由于小的粉尘微粒和小水滴引起的,那么天空的颜色将随着湿度而变,事实上天空的颜色随着湿度的变化非常小,除非下雨或者乌云密布。后来科学家猜测用空气中的氮气和氧气分子足以解释天空中的“泰多尔效应”。这种猜测最终被爱因斯坦所证实,他对这种散射效应作了详细的计算,并且计算结果与实验相符合。
我们所看到的蓝天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。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时,散射强度和波长的4次方成反比,不同波长的光被散射的比例不同,此亦成为选择性散射。当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中,红光波长最长,紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大,大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例,当光穿过大气层时,被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是,当空中有雾或薄云存在时,因为水滴的直径比可见光波长大得多,选择性散射的效应不再存在,不同波长的光将一视同仁地被散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。
如果说短波长的光散射得更强,你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳光透过大气层时,空气分子对紫色光的吸收比较强,所以我们所观测到的太阳光中的紫色光较少,但并不是绝对没有,在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中,有3种类型的接收器,分别称之为红、绿和蓝锥体,它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时,视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色,也就是我们所看到物体的颜色。事实上,红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映,红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激,此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强,最后它们联合的结果是蓝色的,而不是紫色的。
解答一:晴天里我们看到的天空都是蓝色的。大家可能都会注意到有时候一场大雨过后,天空会变得格外 蓝,而且越是晴朗天气,天空越蓝。原因很简单,大气对太阳光的散射作用,使我们看到的天空呈现蓝色。   地球表面被大气包围,当太阳光进入大气后,空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四 周散射。太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成,以红光波长最长,紫光波长最短。波长比较 长的红光等色光透射性最大,能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光,很容 易被大气中的微粒散射。在短波波段中蓝光能量最大,散射出来的光波也最多,因此我们看到的天空呈现出 蔚蓝色。   其实,天空一直是蓝色的。在高原上几乎天天都可以看到蔚蓝色的天空。春天风沙弥漫,夏天满天云彩, 冬天烟雾层层,妨碍我们经常看到蓝天,只有秋天空气净洁,使我们看到蓝天的机会特别多。 解答二: 在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中,大气层中的空气分子或其他质点(如水滴、悬浮微粒或空气 污染物)会对日射产生吸收、散射、反射、透射等作用,而形成了蓝天、白云或绚丽的夕阳余晖。在没有大 气层的星球上,即使是白昼,天空也将是漆黑一片。 我们所见的蓝天乃是因为空气分子对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射量与质点的大小有极大关系 ,当腩点的直径小于可见光波长时,散射量和波长的四次方成反比,不同波长的光被散射的比例是不同的, 此亦称为选择性散射。以入射太阳光谱中的蓝光(波长=0.425μm)和红光(波长=0.650μm)相比较,当日 光穿过大气层时,被空气质点散射的蓝光约比红光多五倍半,因此晴天天空是蔚蓝的。 但当空中有雾或薄云存在时,因为水滴质点的直径比可见光波长大,选择性散射的效应不再存在,此时所有 波长的光将一视同仁地散射,所以天空呈现白茫茫的颜色。 至睛天空中的白云,云内的云滴直径更大,日光照射到它们时已非散射而是反射现象,所以看起来更显得白 而光亮。天空为什么是蓝的?原因并不像常见回答中所说的,是因为“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。”  与可见光的波长(约400纳米~700纳米)相比,空气中的尘埃、水滴等微粒远远大于阳光中的可见光波长,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,尘埃等颗粒物反射出来的,仍然是包含所有颜色的白光。如PM2.5即空气中悬浮着的尺度≤2.5微米的颗粒物造成的污染,所以当空气污染指数很高的时候,天空会是白茫茫的一片。  那天空为什么是蓝色的呢?实际上,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。由于空气中存在瑞利散射,情况就完全不同了,阳光在大气的传播途中,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。如图所示[2]天空为什么是蓝的?原因并不像常见回答中所说的,是因为“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。”  与可见光的波长(约400纳米~700纳米)相比,空气中的尘埃、水滴等微粒远远大于阳光中的可见光波长,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,尘埃等颗粒物反射出来的,仍然是包含所有颜色的白光。如PM2.5即空气中悬浮着的尺度≤2.5微米的颗粒物造成的污染,所以当空气污染指数很高的时候,天空会是白茫茫的一片。  那天空为什么是蓝色的呢?实际上,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。由于空气中存在瑞利散射,情况就完全不同了,阳光在大气的传播途中,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。因为太阳波谱中蓝色光的波长较短,容易发生被散射;更短的波就容易穿透原子;波长较长的容易发生衍射,如红光。紫光当然也被散射了,也有部分绿光被散射,和蓝光混合起来,看起来就是天蓝色的。 波长长的光由于衍射,更加容易穿透烟雾等空气中的悬浮物。而短波长的光就会被散射开。 傍晚的太阳在地平线附近,光要透过很厚的大气才能到我们眼睛里,大部分蓝紫光都经过多次散射消耗掉了,剩下的红黄光反而比较多一些。
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