“天蓝蓝,海蓝蓝,拉起锚,开起船……”,电视剧《潮起潮落》主题歌。
先说天为什么是蓝的,大家应该知道光的色散,最早是由牛顿发现的。1666年1月,在一个阳光充足的午后,牛顿在一个门窗遮挡严密的房间内,让一束太阳光通过窗户上预留的小孔,照射到一块三棱镜上,光线通过三棱镜后,投射到对面的墙壁上,奇迹出现了,对面的墙壁上出现了一条按红橙黄绿蓝靛紫顺序排列的彩色光带。表明白色的太阳光是由各种色光组成的。
太阳光进入大气层后,大气层中的气体分子和微尘会使太阳光发生散射,但不同的色光散射程度不同,光的波长越短,散射得越厉害。太阳光中按红橙黄绿蓝靛紫的顺序,色光的波长依次减小,所以,对红橙黄光散射较弱,对蓝靛紫光散射较强。在太阳光穿过大气层时,从偏离直线传播方向看,蓝光就较强,看到的大气层(天空)就是蓝色的。
过去,一直有人认为,人们看到的大海是反射的天空的颜色,后来否定了这种看法,发现也是因为海水表面的分子散射,使海水看起来是蔚蓝的。
顺便说一下,早晚太阳斜射大地,太阳光需要穿透的大气层厚度更大,因此大气层对太阳光散射的更加厉害,传播到大地的太阳光中蓝靛紫光很少,主要是红橙黄光,所以,早晨和傍晚太阳看起来红彤彤的。
还有,发生月食时,大家知道,根据光的直线传播原理,是没有太阳光照射到月食区的。
但由于大气层的存在,太阳光在穿过大气层的过程中会发生折射,结果有一部分太阳光会进入月食区。不仅如此,太阳光在穿过大气层的过程中还会发生散射,结果照射到月食区的主要是红橙黄光,到达月球后被月球反射,再次回到地球时,又一次被散射,到达地面的基本就剩下红光了,所以,看到的月球呈暗红色——血月!
太阳内部每时每刻都在发生着核聚变反应,以光和热的形式向宇宙空间,特别是太阳系辐射光照和热量。这里我们着重谈一下太阳光谱,它是一种不同波长的连续光谱。分为可见光与不可见光两部分。可见光的波长为400~760nm,通过特殊透镜,折射后分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色,集中起来则为白光。不可见光,又分为2种:位于红光之外区的叫红外线,和位于紫色光以外的区域成为紫外线。不可见光不属于题目讨论的情况。可见光谱家族成员之间的辐射能量是不同的。 太阳聚核反应释放出巨大能量,其总辐射功率为3.8*10^26W,其中被地球接收的部分约为1.7*10^17W。太阳的辐射能量用太阳常数表示,太阳常数是在平均日地距离上、在地球大气层外测得的太阳辐射照度值。从1900年有测试数据以来,其测量值几乎一直为1350W/㎡。对大气的吸收和散射进行修正后的地球表面值约为这个值的2/3。
通常假定太阳的辐射温度为5900K,则其辐射温度随波长的增加而降低。根据黑体辐射理论,当物体温度升高时,发出的辐射能量增加,峰值波长向短波方向移动。所以到达地球的太阳可见光谱成份中,蓝紫光的能量占比超过其他光谱成份。 海水作为一种液体介质可以吸收光线能量,也会反射光线,特别是对热能的吸收率是很好的,它可以吸收太阳光里面的热量和偏红色光谱成份,让能量和颜色逐渐深入海洋深处。但是海水对蓝色不吸收,只是散射和折射出来,这就导致没被吸收的太阳光蓝色就会呈现出来,加上水的无色无味,就让水有了蓝光,所以大海是蓝色的。
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