蓝天、红日与光散射

在自然界中，为什么无色透明的空气能呈现蓝天？白色的太阳会变成深红色的夕阳吗？这都是由地球周围的大气散射阳光形成的。

事实证明，当光在传播过程中遇到两种均匀介质之间的界面时，就会发生反射和折射。但是当光在非均匀介质中传播时，情况就不同了。因为有些光不能直射，它会向各个方向散射，形成光的散射现象。由地球周围的空气形成的大气是如此不均匀的介质。因此，我们看到的天空颜色实际上是穿过大气散射的光的颜色。科学家的研究表明，大气对不同颜色光的散射效应不是“均等机会”，波长较短的光散射最大。当阳光被大气分子散射时，波长较短的蓝光散射得更多。因为天空充满了分散的蓝光，地面上的人可以看到天空呈现蓝色。空气越纯净越干燥，蓝色就越深越亮。如果天空非常纯净，没有大气和其他粒子的散射，我们就看不到这种明亮的蓝色。例如，在海拔20000米以上，空气分子非常稀薄，散射完全消失，天空将变得暗淡。

同样，当太阳升起或落下时，直接来自太阳的光穿过的大气厚度要比中午直接来自太阳的光穿过的大气厚度厚得多。太阳光在大气中传播的距离越长，短波长的蓝光就会散射得越多，长波长红光的比例也会显著增加。当太阳最终到达地面时，它的红色分量也相对增加。因此，将会有一个布满红色云彩和红色日落的天空。事实上，发光太阳表面的颜色从未改变。