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天下文化首頁 主題 天空為何是藍色?
科學自然

發表日期

2018.12.10

關鍵字

科學自然
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文章摘錄自

觀念物理4
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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》

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