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抬頭，又是一個藍天白云的好日子。等等，一個古怪的問題突然浮現在腦海中：
天，為什么是藍色的？
多彩的陽光，為這道蔚藍色涂上了第一筆。
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太陽光的本質是來自太陽的所有電磁輻射，從最高能的紫外線，到肉眼可辨識的可見光，再到部分近紅外光譜。
光的能量越高，波長越短，因此在可見光中藍光和紫光的波長較短而能量較高，而橙光和紅光的波長較長而能量較低。
所以，當白光經過三棱鏡時，不同波長的光就會被折射向不同的方向，造就奇妙的色散現象。
在天空中，類似的奇妙過程也在悄悄發生著，不過這個過程中發生作用的并不是什么人造的三棱鏡，而是天空中漂浮的各種微小粒子，氧、氮、水、二氧化碳以及氬等等，這個過程叫做瑞利散射。
瑞利散射指的是像它們這樣半徑比光或者其他電磁輻射的波長小得多的微小顆粒對入射光束的散射。在氣體、液體和固體中瑞利散射都在悄然發生，只不過在氣體中最為明顯。
根據瑞利散射的規律，光的強度越高，波長越短，被散射也就越厲害。因此，波長最短的紫光的散射頻率，要比波長最長的紅光的散射比例高出 9 倍以上。
當太陽高懸天空中央，陽光垂直或者稍有斜角地攝入大氣層，其實只有很少一部分的紅光會被散射，而藍光則大部分都被散射了，布滿了整個太空。
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此時，當我們抬頭仰望天空，自然會感嘆于天空的澄澈與蔚藍。但是，在朝陽升起或者夕陽落下的時候，情況卻略有不同。太陽光接近水平射入大氣層，陽光中的偏藍光都因為瑞利散射而被散射到了我們看不到的角度，因此，天空就被印成了美麗的橙紅色。因為太陽位置和我們觀測時所處未知的變化，天空也會呈現為十分美麗的漸變色。
朝陽升起時，隨著太陽的角度越來越高，藍光開始占領天空，于是天空由橙紅轉向藍色。
夕陽落下時，隨著太陽的角度越來越低，紅橙光灑滿天際，于是天空便映襯著十分美麗的晚霞，太陽本身也會在此時顯得格外紅，像一顆飽滿的咸鴨蛋一般。
說到這里，你大概會想問既然較短波長的光被散射地比較厲害，那么比藍光波長更短的紫光呢？比它波長稍長一些的綠光呢？
其實，這就與人類的眼睛以及大腦構造有關了。事實上，天空中散射的紫光當然比藍光多得多，但是很可惜，人眼并不能識別出它們。人類是三色視覺，擁有三種識別顏色的視椎以及單色視桿。
當我們接收到一個顏色信號時，大腦會自動對它進行解析，并且將之與一種顏色匹配，此時我們就產生了對于顏色的認知。而我們的眼睛對于藍色、青色、綠色的光的反應，都比對紫色光的反應更強，雖然我們看到了更多的紫光，但是我們對它不敏感，接受的信號強度不夠強，壓不過藍光的信號強度。
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因此，我們的大腦會優先將我們看到的天空處理成藍色。
也就是說，如果我們對于紫光更敏感一些，其實我們看到的天空應該是偏紫色的，那場面可能會有點魔幻。
此外，當綠光和紅光相比時也是同樣的原因，對于人類的視覺系統來說，紅光和綠光同時存在時，我們并不能很好地分辨出綠光，大腦反而會將這個顏色處理成黃色。
而且因為在早晨或者傍晚時，綠光損失地比紅光多，這樣調合一下，我們看到的天空就是熟悉的橙黃色或者橙紅色了。
也就是說，大腦里反映出來的顏色，并不是直接對應光的波長，我們的視覺還有進一步的加工過程。
這就是藍天的真相，它并不全部是藍色的，而只是我們的大腦讓我們主要看到了藍色。
出品｜科普中國
作者｜海德拉
審核｜羅會仟 中國科學院物理研究所副研究員
本文封面圖片及文內圖片來自版權圖庫
圖片內容不授權轉載
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