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望海潮·蓝天白云红太阳

已有 4779 次阅读 2014-12-25 09:58 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦| 望海潮, 白云, 蓝天, 红太阳

赤轮白日,丹霄碧落,为何善变其颜?
羲曜聚辉,微尘散射,阳光自可铺天。
蒸汽冷云间,液滴大携小,云色织编。
滴大云黑,怪之散射弱蔫蔫。


阳光氮氧壅拦,恰波长色绘,尺短先攀。
红照念长,蓝晖意短,推知天际幽蓝。
朝暮傍山峦,斜照穿大气,蓝散红还。
孔圣当习此理,怎惧两童蛮?  


  “蓝蓝的天上白云飘,白云下面马儿跑”多么优美的诗意,但为什么白云会变成乌云,天为什么是蓝的,太阳在地平线附近时,也就是日出日落时,为什么是红太阳?
  这些现象的解释要从散射说起。大家都知道光是走直线的,但是我明明没有抬头看太阳或灯,光线怎么就跑到我眼睛里来了呢?原来地球有大气层,空气中充满了微小的尘埃,光线遇到这些微小的障碍物就会改变方向,向四面八方扩散,这种现象就是散射,在月球上由于没有气体尘埃,光不能发生散射,即使是白天,也是伸手不见五指的。
   散射与障碍物的大小直径有关,当障碍物的直径在10微米至100微米时,比如说组成云的水滴,直径越小散射越强,看起来越亮,所以白云就是那些很小直径水滴组成的云,当云遇到冷凝或颗粒物入侵时,水滴直径变大,太阳光的散射变弱,亮度减少,这就是乌云。
  云层之上是氧气、氮气等气体对阳光进行散射,由于氧气氮气等气体的分子直径非常小,只有纳米级的长度,1纳米就是0.000000001米,比光的波长还要小得多。这个时候光会发生一种叫“瑞利散射”的现象,波长越短,散射越强。太阳光是由红橙黄绿青蓝紫七种颜色的光混合而成,波长依次递减,蓝紫光由于波长短,在进入大气层时发生瑞利散射,蓝色为主的光就布满了天空,所以看上去是蓝天,在一些污染严重的城市由于大气层悬浮着直径很大的污染微尘,致使瑞利反射不能发生,所以天空是灰蒙蒙的。
  红太阳就好解释了,日出日落太阳在地平线附近,光线是斜射进入我们的眼睛,蓝色等短波长色调的光在前面被散射掉了,进入我们眼睛的还剩下红橙黄的色调的光,看起来当然是红太阳了!《列子·汤问》里面孔子被两个小童辩日难倒了,如果他学习了太阳直射和斜射参照物不同的原理,也许就不会那么尴尬了。

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