Question

为什么天空是蓝色的？

Answer 1

天空为什么是蓝色
我们看到的天空，经常是蔚蓝色的，特别是一场大雨之后，天空更是幽蓝得象一泓秋水，令人心旷神怡，跃跃欲飞。天空为什么是蔚蓝色的呢？
大气本身是无色的。天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的图景。
阳光进入大气时，波长较长的色光，如红光，透射力大，能透过大气射向地面；而波长短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，就很容易发生散射现象。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝了。
天为什么是蓝的，而不是绿的或红的呢?
首先你得明白一个道理：我们周围的事物之所以显现出颜色来，仅仅是因为阳光照射着它们。虽然阳光看上去是白色的，但是所有的颜色：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，在阳光里都存在。
天空里有这么多颜色，为什么我平时看到的只有蓝色呢？你可能会问。
如果你把光线设想为波浪，你就会猜破这个谜了。光其实是像一个波浪那样在运动的。我们来设想一下一滴雨落在一个水洼里的情景。当这滴雨落到水面上时，就会产生小波浪，波浪一起一伏地变成更大的圈，向着四面八方扩展开去。如果这些波浪碰上一块小石子或一个别的什么障碍物，它们就会反弹回来，改变了波浪的方向。
而阳光从天空照射下来，一样会连续不断地碰到某些障碍。因为光所必须穿透的空气并不是空的，它由很多很多微小的微粒组成。其中百分之九十九不是氮气便是氧气，其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒，来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒只是一滴雨水的一百万分之一，但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，自然也就改变了自己的方向。
可是那么多颜色的光改变了方向，为什么只有蓝色被看到呢？你可能还是不明白。
我们还得回到刚才说的那个水洼里。
水洼里，小的波浪遇到小石子的话，水面便被搞得混乱不堪；但如果是一个“巨浪”，像你用手在水洼边掀起的那种“巨浪”，它就有可能干脆从石头上溢过去，并畅通无阻地到达水洼的对面边缘。那么，就像有大波浪和小波浪一样，各种各样颜色的光波也有不同的“波浪”，也就是波长：不过它们可不像水波的波浪，用肉眼是看不出它们的大小的，因为它们小得难以想像，只是一根头发的一百分之一！得用很灵敏的测量仪表才可以精确地测定出来。
根据科学家的测定，蓝色光和紫色光的波长比较短，相当于“小波浪”；橙色光和红色光的波长比较长，相当于“大波浪”。当遇到空气中的障碍物的时候，蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍，便被“散射”得到处都是，布满整个天空—天空，就是这样被“散射”成了蓝色。
发现这种“散射”现象的科学家叫瑞利，他是在130年前发现的，他也是诺贝尔奖获得者。
用“散射”现象，你就可以解释下面这些天象了：
比如在你头顶的天空是蓝色的，可是在地平线—天地相接的地方，天空看上去却几乎是白色的。为什么？就是因为阳光从地平线到你这个地方比起它直接从空中落下来，需要在空气中走的路程要远得多—而在一路上它所擦过的微粒子也自然就要多得多。这些大量的微粒子就这样多次散射出光，所以它显得白中透着淡蓝。建议你做一个小实验来验证一下：拿一杯水，把它放在一个黑暗的背景里，放进一滴牛奶，再拿一只手电筒照射杯子的一端，并靠近它，手电筒的光在水中即会显现出淡蓝色。如果你往水里放进的牛奶越多，水就越白，因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射，结果就是白色的。道理跟在地平线上空是白色的一样。
太阳落山时的傍晚，天空不显现蓝色而显现红色，正在下落的太阳也变成暗红色，也是一样的道理。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒，使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去，仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线—因为它们的波长、“波浪大”，翻过了路上的障碍。
不过，细心的你会发现，天穹在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色。这也曾经是科学家们关心的一件怪事，不过几个物理学家已经在50年前揭开了这个谜：导致黄昏时天空的蓝色，是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成厚厚的一个层面，叫臭氧层。这种气体对正在下落的太阳光起到像颜色过滤器那样的作用：它截获太阳光中的黄色和橙色的部分，却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光消失时，所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。
臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空，还吞下一种你无法看见的特殊的光线：紫外线的光，或称紫外线。你一定曾经听说过，紫外线对所有的生物（当然也包括对你）有多么危险。如果它在你的裸露的皮肤上照射得太长久，你就会得晒斑。臭氧层到处都有足够的厚度能截获尽可能多的紫外线：这对于我们这个星球上的全体生命来说，是极其重要的。
可惜，在今天，这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了，在南极上空甚至已经形成了一个大的空洞。而破坏臭氧的凶手就是“氟里昂”—一种人们用来喷洒护发摩丝或用在冰箱和空调上制冷的物质。这是一种对臭氧层特别有害的物质，所以许多国家已经不再使用这种“臭氧杀手”了。
今天我们学到了为什么我们眼中的天空是蓝色的。其实从地球以外望过来也是一样：覆盖我们地球三分之二面积的海水也散发着蓝光，陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色，然而上空却总是蓝色的—从宇宙中看来，整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱。从大气层外看见过地球的天文学家报道过这一情况。
所以地球被称做“蓝色星球”是完全正确的。它那独特的蓝色，就是生命的颜色.
还有：
晴朗的天空是蔚蓝色的，这并不是因为大气本身是蓝色的，也不是大气中含有蓝色的物质，而是由于大气分子和悬浮在大气中的微小粒子对太阳光散射的结果。
由于介质的不均匀性。使得光偏离原来传播方向而向侧方散射开来的现象，称为介质对光的散射。
细微质点的散射遵循瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比。
当太阳光通过大气时，波长较短的紫、蓝、青色光最容易被散射，而波长较长的红、橙、黄色光散射得较弱，由于这种综合效应，天空呈现出蔚蓝色。
旭日为什麼是红色的?早晨，阳光通过厚厚的大气层，这时紫光和蓝光被强烈散射，到达地平线时，已剩下无几，余下的只是波长较长的黄、橙、红光。所以，旭日是红色的。
为什么天空是蓝的？
我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳辐射中的可见光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时，散射强度和波长的4次方成反比，不同波长的光被散射的比例不同，此亦成为选择性散射。当太阳辐射的可见光进入大气后，空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中，红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。
如果说短波长的光散射得更强，你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳辐射的可见光透过大气层时，空气分子对紫色光的吸收比较强，所以我们所观测到的太阳辐射可见光中的紫色光较少，但并不是绝对没有，在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中，有3种类型的接收器，分别称之为红、绿和蓝锥体，它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时，视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色，也就是我们所看到物体的颜色。事实上，红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色。
解答一：晴天里我们看到的天空都是蓝色的。大家可能都会注意到有时候一场大雨过后，天空会变得格外蓝，而且越是晴朗天气，天空越蓝。原因很简单，大气对太阳光的散射作用，使我们看到的天空呈现蓝色。 　　地球表面被大气包围，当太阳光进入大气后，空气分子和微粒（尘埃、水滴、冰晶等）会将太阳光向四周散射。太阳光是由红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫七种光组成，以红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光等色光透射性最大，能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。在短波波段中蓝光能量最大，散射出来的光波也最多，因此我们看到的天空呈现出蔚蓝色。　　其实，天空一直是蓝色的。在高原上几乎天天都可以看到蔚蓝色的天空。春天风沙弥漫，夏天满天云彩，冬天烟雾层层，妨碍我们经常看到蓝天，只有秋天空气净洁，使我们看到蓝天的机会特别多。解答二：在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中，大气层中的空气分子或其他质点（如水滴、悬浮微粒或空气污染物）会对日射产生吸收、散射、反射、透射等作用，而形成了蓝天、白云或绚丽的夕阳余晖。在没有大气层的星球上，即使是白昼，天空也将是漆黑一片。我们所见的蓝天乃是因为空气分子对入射的太阳光进行选择性散射的结果。散射量与质点的大小有极大关系，当腩点的直径小于可见光波长时，散射量和波长的四次方成反比，不同波长的光被散射的比例是不同的，此亦称为选择性散射。以入射太阳光谱中的蓝光（波长=0.425μm）和红光（波长=0.650μm）相比较，当日光穿过大气层时，被空气质点散射的蓝光约比红光多五倍半，因此晴天天空是蔚蓝的。但当空中有雾或薄云存在时，因为水滴质点的直径比可见光波长大，选择性散射的效应不再存在，此时所有波长的光将一视同仁地散射，所以天空呈现白茫茫的颜色。至睛天空中的白云，云内的云滴直径更大，日光照射到它们时已非散射而是反射现象，所以看起来更显得白而光亮。一个以地面为参照起点的问题，因为宇宙是一个具有无限时空范围的空间，目前我们能观测到的宇宙边缘（有限宇宙）最远估计为150-200亿光年，按目前的科技水平能观测的天高暂时就是这个数值。也可以说，天有无限高，想有多高就有多高

Answer 2

首先了解光的工作原理，光从太阳传播时，像海浪一样上下移动，波长聚集在一起时，我们看起来好像是白色。

Answer 3

“天空为什么是蓝色？”正确的物理解释完成于1910年，迄今整一百年。“天蓝”物 理学的一个重要应用，是光纤通讯，即高锟先生去年获得物理诺贝尔奖的项目。
“天 蓝”物理学似乎很普及。凡是看过“十万个为什么”的初中生，都能说出它的“标准 答案”： “空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时，波长较短的蓝 、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈 现出蔚蓝色。”
中文世界中，大小权威的教育和科学网站，大多仍采用上述“标准答案”，几乎一字不差 。
这 个“天蓝”解释，基本上是十九世纪中叶的水平。它是英国物理学家丁铎尔（John 　Tyndall，1820－1893）首创的。常称作丁铎尔散射模型。确实，“波 长较短的蓝色光，容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，……散射向四方”。但它并不是“天 蓝”的真正原因。如果天蓝主要是由水滴冰晶等微粒的散射引起的，那末，天空的颜色和 深浅，就应随着空气湿度的变化而变化。因为当湿度变化时，空气中水滴冰晶的数目会明 显变化。潮湿地区和沙漠地区的湿度差别很大，但天空是一样的蓝。丁铎尔散射模型解释 不了。到十九世纪末叶，丁的天蓝解释已被质疑。
1880年代，瑞利（John　Rayleigh，1842－1919）注意到，根 本不必求助尘埃、水滴、冰晶等空气中的微粒，空气本身的氧和氮等分子对阳光就有散射 ，而且也是蓝色光容易被散射。所以，空气分子的散射就可以作为“天蓝”的主因。
然 而，各个分子有散射，不等于空气整体会有蓝色。如果纯净的空气是极均匀的，分子再 多也没有“天蓝”。就像一块极平的镜子，只有折射或反射，而极少　散射。在均匀一致 的环境中，不同分子的散射相互抵消了。就如在一个集体纪律超强的环境（如监狱）中， 每个人的独立和散漫行为被彻底压缩。而“天蓝”靠的就是分子各自的独立和相互不干涉 ，或少干涉。
为此，瑞利假定，空气不是分子的“监 狱”。相反，氧和氮等分子，无规行走，随机分布 。瑞利由这个模型算出的定量结果，很好地符合天蓝的性质。1899年，瑞利写了一篇 总结式的文章“论天空蓝色之起源”［1］，开宗明义就说： “即使没有外来的微粒，我们依旧会有蓝色的天”。 “外来的微粒”即指丁铎尔散射所需要的。从此，丁铎尔的天蓝理论被放弃。瑞利散射成 为“天蓝”理论的主流。
瑞利的天蓝理论虽然很成功，瑞利的分子无规分布假定，也有根据。然而，瑞利实质上还 要假定空气是所谓理想气体，这是一个不大的，但也不可忽略的弱点。因为空气不是理想 气体。
1910 年，爱因斯坦最终解决了这个问题。爱因斯坦用当时刚刚发展的熵（混乱的度量 ）的统计热力学理论证明：那怕最纯净的空气，也是有涨落起伏的。空气本身的密度涨落 也能散射，也是蓝色光容易被散射。密度涨落的散射，不多也不少，正好能产生我们看到 的蓝天。如果空气是理想气体，爱因斯坦的结果就同瑞利的一样。所以，简单地说，天空 蓝色之起因是： “空气中有不可消除的‘杂质’，即空气自身的涨落。密度涨落等对阳光的散射，形成了 蓝天。”
“天蓝”起源物理不是爱因斯坦首创，但最完整 的理论是爱因斯坦奠定的。所以说，“天 蓝”物理学，完成于1910年。 瑞利和爱因斯坦的“天蓝”理论，是普遍适用的。可以用来解释纯净空气中的“蓝天”现 象，也可以用来解释纯净的水，纯净的玻璃等液体或固体中的“蓝天”现象。当然，也有 该理论不适用的地方。多年前，听到过有人对着“蓝天”发（歌）情，“我爱祖国的蓝天 ”，千万不要误听为“我爱祖国的独立而又无规游荡的分子们”。
高 锟先生在他为“光纤通讯”奠基的第一篇论文［3］中引用的第一个物理公式，就是爱 因斯坦的“天蓝”瑞利散射公式（即Einstein－Smoluchowski公式 ）。玻璃是凝固了的液体。即使最理想的玻璃，没有气泡，没有缺陷，玻璃中依旧有不可 消除的‘杂质’，即玻璃本身的不可消除的涨落。在光纤中传播的讯号（光波），会被玻 璃的涨落散射。“天蓝”机制，是光纤通讯讯号损失的一个物理主因。它是不能用光纤制 造技术消除的。只能选择“不太蓝”的光，减低它的影响。
不 少权威的教育和科学（中文）网站上，正在报导高先生是“影响世界的华人”之最。高 先生的影响，确实遍及全球。有趣的是，这些网站本身，似乎并不在“被影响”之列。比 如，本文开头引用的“天蓝”解释，就还完全没有“被影响”。对青少年来说，那些“标 准解释”虽然不算是有毒奶粉，但也是过期一百年的奶粉。
［1］J．Rayleigh，Phil．Mag．XLVII，375，1899 ［2］A．Einstein，Ann．Physik，33，1275，1910 ［3］C．Kao，Proc．IEE，113，No．7，1966　2010，电动 力学课正讲到瑞利散射
当太阳光照射到地球的大气层时，蓝色光最容易从其他颜色中分离出来，扩散到空气中再反射出来。而其他颜色的光穿透能力很强，透过大气层照到地球上，于是我们看天空只能见到日光中的蓝色光。
　

Answer 4

你这分明跟他的一模一样嘛，还好意思打出来

Answer 5

因为蓝紫光容易被大气层中的气体分子散射，一部分蓝紫色的光被散射，还有一部分蓝紫色的光和其他颜色的光则合在一起是白光。所以天空会呈现蓝色。