天空為何是藍色？

圖片來源：摘自《觀念物理4》

如果某一特定頻率的聲波傳向一支頻率相近的音叉，這支音叉會被引發振動，並將聲波向多種方向重新發射出去，我們說這支音叉在「散射」聲音。在大氣中，空氣分子與相距遙遠的灰塵之間，也會依照類似的過程散射光線。

我們在前面討論過，原子和分子的反應類似微小的光學音叉，能將照射其上的光波重射出去；非常微小的粒子也是如此，粒子愈小，能散射的光波頻率愈高，就好像小鈴鐺發出的音比大鈴鐺要高一樣。

組成大氣的氮分子、氧分子及許多微小粒子，在吸收了太陽光的能量之後，就會像小鈴鐺般以高頻率「發聲」，而重射光波也會如鈴鐺發出的聲波一樣，向四面八方傳播而被散射出去。太陽射出的紫外線，大部分會被大氣上層的臭氧層吸收，其餘的紫外線則在通過大氣時，被粒子和空氣分子散射。

在可見頻率的範圍內，紫色光被散射得最多，其次依序為藍色光、綠色光、黃色光、橙色光，最後是紅色光；紅色光被散射的程度僅有紫色光的十分之一。雖然紫色光散射得比藍光多，可是我們的眼睛對紫色光不太敏感，卻對藍色光比較敏感，所以我們會看見藍色的天空。

天空的藍色也會因空氣的成分而異。在含塵量高，或大氣中含有比氧分子、氮分子大的其他粒子的地區，會有較多低頻率的光被散射，使天空看起來沒那麼藍，而是略帶白色。大雨過後，空氣中的塵粒及廢氣被雨水洗刷掉，天空就呈現較深的藍色。

在大氣層的愈高處，空氣裡可散射的分子也愈少，因此顏色看起來愈暗。在沒有空氣分子的地方，例如在月球上，「天空」就變成了黑色。許多大小不等的水滴（其中有些非常微細）聚集起來，就成為雲朵。

水滴的不同大小，造成各種頻率的光的散射，較大的水滴散射低頻率的光，微小的水分子則散射高頻率的光，總合起來的結果就是白雲。小水滴中的電子會一起同步振動，因而比同等數量的電子分別振動所能散射出的能量要多，因此雲的顏色才會這麼明亮！

【書籍資訊】
《觀念物理4》